Płytki drukowane i projektowanie połączeń zasilania

Zaprojektowałem już kilka płytek drukowanych, ale nigdy nie myślałem o dobrych praktykach. Były to małe tablice i większość nacisku położono na upewnienie się, że wszystko, co trzeba było połączyć, zostało połączone.

Teraz chcę poważniej zająć się tworzeniem dobrze zaprojektowanych desek. Wiele razy projektowałem i przeprojektowywałem swój obecny projekt, starając się stworzyć dobrze wyglądający układ.

Projekt opiera się na ATXMega256 mCU działającym na krysztale 16 MHz, około 60 wszystkich komponentów i 7 lub 8 z nich to układy scalone.

Przy kolejnym przeprojektowaniu planuję dać „Manhattan Routing” przynajmniej spróbować pomóc w zwariowanych śladach idących w każdą stronę - ale to trochę nie na temat.

Problemem, który wydaje mi się najbardziej, jest zrozumienie odpowiedniej metody zasilania każdego układu scalonego. Zwykle po prostu wiązałbym je łańcuchowo, ale mówi się, że to zła praktyka.

Oto moje pytania dotyczące mocy zasilania

1. Słyszałem o „konfiguracji gwiezdnej”, w której wszystkie układy scalone wiążą się bezpośrednio z regulatorem, ale nie widziałem takiego przykładu z życia, więc nie jestem pewien, jak zaprojektować to w moich projektach. To brzmi jak bałagan śladów wydobywających się z jednego padu w mojej głowie. Czy możesz zamieścić przykład dobrze zaprojektowanej konfiguracji gwiazdy?

2. Jakie byłyby zalety i wady stosowania konfiguracji gwiazdy w przeciwieństwie do płaszczyzny mocy, inne niż oczywiste, że moc występuje wszędzie z płaszczyzną.

3. Kiedy można używać samolotu do VCC, czy nie jest w porządku, a konkretnie do płyty 2-warstwowej, ponieważ słyszałem, że nie jest tak powszechne na płycie 2-warstwowej?

4. Jeśli nie powinienem używać płaszczyzny mocy, co jest lepsze w przypadku śladów, które muszą się przecinać: używanie via dla GPIO lub via dla mocy?

5. Jeśli można użyć płaszczyzny zasilania na płycie 2-warstwowej, to jeśli VCC będzie na górnej lub dolnej warstwie, oczywiście miałbym również płaszczyznę uziemienia.

Wiem, że nie ma wygranej / wygranej odpowiedzi na te pytania, ponieważ każdy projekt będzie inny i będzie wymagał innego planowania, ale myślę, że podstawowa koncepcja powinna być nieco uniwersalna, którą ludzie podążają. Musisz znać zasady, zanim będziesz mógł je złamać.

Zdaję sobie również sprawę, że pytania te mogą wykraczać poza zakres dyskusji online, ale szukam bardziej ogólnych odpowiedzi, które mogą pomóc mi popchnąć we właściwym kierunku.

Poleciłbym zapoznać się z wytycznymi dotyczącymi projektowania PCB dla zredukowanego EMI przez Texas Instruments.

Chociaż koncentruje się na redukcji EMI, oferuje porady lub odpowiedzi na wszystkie pytania oprócz „Manhattan Routing”.

Sekcja 2.1 (około 12 stron) dotyczy uziemienia i mocy. Zawiera te przydatne sekcje:

2.1.7 Zalecenia i zakazy dotyczące płaszczyzny zasilania dla płyt czterowarstwowych
2.2.1
Dystrybucja
jednopunktowa vs wielopunktowa 2.2.2 Dystrybucja gwiazd 2.2.3 Siatkowanie w celu tworzenia płaszczyzn

Pokazuje, jak zbliżyć się do 4-warstwowej wydajności EMI PCB za pomocą 2-warstwowej płytki. Częścią ograniczenia EMI jest zapewnienie dobrej mocy oraz uziemienia i oddzielenia.

To nie jest ściśle odpowiedź - nie wiem, czy naprawdę istnieje ostateczna odpowiedź, czy tylko opinie ludzi. Ale to za długo na komentarz, więc pozwij mnie.

Jak powiedziałem, to nie jest tak naprawdę odpowiedź, to po prostu sposób, w jaki wykonuję układ i routing - nie wiem, jak to jest „właściwe” ani jak „właściwe”, ale działa dla mnie ™.

Trasa na Manhattanie, choć przyjemna, nie zawsze jest odpowiedzią. Używam pewnego rodzaju hybrydowego Manhattanu - często jest to góra / dół i lewo / prawo, ale nie zawsze - zależy to od dokładnej sytuacji. Umieszczam za pomocą redukcji nad kierunkiem śledzenia - jeśli mogę zrobić trochę w górę / w dół na lewej / prawej płaszczyźnie i usunąć potrzebę 2 przelotek, zrobię to.

Jeśli chodzi o moc - zwykle używam pętli i półgwiezdnych. Pomyśl o tym jak o gwiazdce z pętlami na końcu. Zwłaszcza, gdy jeden układ ma może 5 lub 6 pinów zasilania, ślad mocy chipa tworzy pętlę wokół wszystkich pinów i wraca do początku. To samo dotyczy grup żetonów. Nie zawsze wracają bezpośrednio do regulatora / obwodu zasilania, ale wracają do śladu „tułowia” o niższej impedancji, który następnie wraca do regulatora.

Przelotki na mocy czy we / wy? To zależy od mocy i IO. Vias wprowadzają zwiększoną indukcyjność i oporność. Zbyt wiele przelotek na zasilaniu może spowodować spadek spadku napięcia lub zmniejszyć zdolność przenoszenia prądu. Zbyt wiele przelotek w IO może zmniejszyć maksymalne prędkości zegara i prędkości danych, z którymi możesz pracować, a także zwiększyć emisje EMI. Ogólnie jednak wolę utrzymywać przelotki przy mocy do absolutnego minimum. W tym celu zwykle układam ślady mocy, zanim cokolwiek innego.

Jeśli musisz mieć płaszczyznę mocy na planszy dwuwarstwowej (ja na jeden nigdy nie robię - płaszczyzny uziemienia, tak, ale nie płaszczyzny mocy), myślę, że najlepiej jest mieć ją na górze. Głównie dlatego, że płaszczyzna uziemienia, która byłaby wówczas na dole, normalnie przylegałaby do podwozia - a jeśli jest metalowa i uziemiona, wówczas ziemia znajduje się obok ziemi i nie może powodować żadnych nieprzyjemnych zwarć. Moc przy ziemi może powodować zwarcia.