PCB z mieszanym sygnałem, 2 czy 4 warstwy?

Obecnie projektuję płytkę drukowaną z mieszanym sygnałem dla klienta i dużo czytałem o integralności sygnału, a większość książek zaleca płytę 4-warstwową (lub więcej) ze względu na odporność na zakłócenia wynikające z posiadania solidnej płaszczyzny uziemienia i zmniejszone rutowanie.

Ta płyta ma dwa 16-bitowe przetworniki ADC i dwa 16-bitowe przetworniki cyfrowo-analogowe ze wzmacniaczami OP w sekcji analogowej, mikrokontroler z niektórymi przełącznikami poziomu i mosfetami w sekcji cyfrowej oraz dwa przetworniki DC / DC i regulator LDO w mocy Sekcja. Przestrzeń kosmiczna nie jest dużym ograniczeniem, ale ważna jest wysoka rozdzielczość i niski poziom szumów w sekcji analogowej. Między sekcją cyfrową a krawędzią sekcji analogowej działa I2C i szyna SPI, pracujące z częstotliwością poniżej 10 MHz.

Jeśli chodzi o rutowanie, mogę całkowicie wykonać tę płytę w 2 warstwach. Czy naprawdę zauważę ogromną różnicę w integralności sygnału dzięki 4-warstwowej płytce i dedykowanej płaszczyźnie uziemienia? Czy to jest warte dodatkowych kosztów? Pochylam się do 4, ale chciałbym usłyszeć twoje opinie.

Z góry dziękuję.

najpierw pozwól mi jasno podać swoją odpowiedź. Czterowarstwowa deska zapewni lepszą wydajność. Różnica nie jest wyraźna dla wszystkich płyt, ale czterowarstwowa płytka umożliwia kierowanie sygnału, mocy i uziemienia bezpośrednio nad sobą na wiele różnych sposobów. Utrzymywanie gruntu bezpośrednio pod płaszczyzną mocy zmniejszy przesłuch dla bliskich linii bliskości i zmniejszy hałas, umożliwiając ogólnie lepsze wybieranie trasy. Dzięki czterem warstwom jednopunktowy grunt jest osiągnięciem, bez przecinania płaszczyzny uziemienia na dwie części. Zasadniczo, jeśli rozwiązanie dwuwarstwowe wymaga przecięcia płaszczyzny podłoża, wówczas tworzone są dwie płaszczyzny podłoża połączone dwoma punktami. Pozwala to na powstanie pętli prądowej, powodującej szum, a to może być zaostrzone przez różnice temperatur, pobliską elektronikę itp. Nie jestem pewien, co do zastosowania tego urządzenia, ale temperatura, pobliskie zakłócenia elektromagnetyczne i częstotliwości robocze będą działać. Jeśli jest to konstrukcja o pół-wysokiej prędkości, wówczas czterowarstwowa z pewnością uratuje integralność tych linii sygnałowych. Wiele z tego sprowadza się do tego, ile rozdzielczości potrzebujesz od tych ADC. Jeśli naprawdę potrzebujesz 16 bitów, powiedziałbym, że warto zwiększyć wydajność o 5% z czterowarstwowej płyty.

Świetnym źródłem, z którego czerpię moje wytyczne projektowe, jest ... http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf

Twoje zdrowie

Jeśli możesz wykonać większość routingu na górnej warstwie i mieć przeważnie solidne sekcje płaszczyzny uziemienia na dolnej warstwie, powiedziałbym, że dwuwarstwowa tablica prawdopodobnie powinna dla ciebie działać. Jeden z naprawdę niesamowitych ludzi, których poznałem na przestrzeni lat - Dave Vanhorn - rutynowo wykonuje szybkie płyty o wysokiej gęstości na płytach dwuwarstwowych, a jego produkty bez problemu przechodzą testy zgodności emisji. Ale on jest prawdziwym mistrzem tej sztuki, podczas gdy wielu nie.

Niezależnie od tego Twoja tablica wygląda dość prosto. Podziel dolną warstwę płaszczyzny uziemienia na sekcje dla każdego bloku obwodu: analogowego i cyfrowego i upewnij się, że wiesz, gdzie płyną prądy powrotne.

Zwykle nie ma problemu z drobnymi przerwami w płaszczyźnie podłoża, w których jeden ślad musi przecinać drugi. Ale te pęknięcia są małe i całkowicie pokryte miedzią, odsłaniając tylko krótki ślad, który przechodzi pod górnym śladem.

Wygląda na to, że regulator zasilający obwody analogowe znajduje się w sekcji zasilania, należy przenieść go do sekcji analogowej, aby jego pin odniesienia GND znajdował się na analogowym GND. W ten sposób jego wyjście odnosi się do analogowego GND, a nie do głośnego GND w pobliżu przełączników.

Teraz, w przypadku pytania 2 w porównaniu z 4 warstwami, użycie 4 warstw zmniejszy trudność stworzenia bardzo dobrego układu, a tym samym zmniejszy prawdopodobieństwo popełnienia błędu. Jeśli błąd oznacza respin, powinieneś rozważyć koszt i opóźnienia ewentualnego respin w porównaniu z dodatkowym kosztem 4 warstw.