Zoptymalizuj ścieżkę powrotną sygnału za pomocą kondensatorów odsprzęgających na płycie dwuwarstwowej

Projektuję dość złożoną dwuwarstwową płytę - naprawdę powinienem wybrać czterowarstwową, ale nie o to tutaj chodzi. Skończyłem z rozmieszczaniem i trasowaniem komponentów i wykonuję ostatnie poprawki, takie jak upewnienie się, że płaszczyzny ziemi pokrywają większość planszy i są dobrze zszyte (aka siatki gruntu).

W niektórych obszarach mam ślady sygnału (np. SPI) ułożone nad płaszczyzną uziemienia, następnie ślad mocy (14 V), a następnie inną płaszczyznę uziemienia. Nie ma mowy, żebym mógł przesunąć ten ślad mocy na bok, więc pomyślałem, że mogę pozwolić, aby przepływały przez niego prądy powrotne sygnału, mając pewne kondensatory odsprzęgające (100nF) między śladem mocy i płaszczyznami uziemienia, tuż pod moimi śladami sygnału.

Oto obraz tego, co myślę:

Czy to dobry pomysł, aby zmniejszyć obszar pętli sygnału i kontrolować zakłócenia elektromagnetyczne?

Nie widzę sensu dla całej tej złożoności i jestem pewien, że dodanie kondensatorów zwiększa szum obwodu. Sygnały cyfrowe przechodzące przez ślad mocy nie są krytyczne, o ile umieszczasz kondensatory odsprzęgające obok zasilanych urządzeń. Sygnały cyfrowe są stosunkowo szybkimi zboczami i nie powinny wpływać zbytnio na ślad mocy. Większość układów scalonych ma również wspólne tłumienie szumów na pinach zasilacza, więc to naprawdę nie jest wielka sprawa. Ponadto ślad SPI jest prostopadły do wykresu mocy, co oznacza, że przesłuch będzie minimalny.

— lucas92

Nie martwię się tak o integralność sygnału ani sprzężenie między śladami, nie o to chodzi w moim pytaniu. Ścieżka powrotu sygnału jest dość długa i nie znajduje się bezpośrednio pod śladami sygnału, co zwykle jest zalecane. Pamiętam, że czytałem o technice, którą próbuję zastosować w przypadku sygnałów USB, i niektóre uwagi dotyczące aplikacji zalecają użycie kondensatorów, aby prąd powrotny przepływał jak najbliżej śladów sygnału na drugiej warstwie.

Och, martwisz się o ścieżkę powrotną do ziemi. Źle zrozumiałem pytanie. Nie jestem tego pewien, prawdopodobnie skończysz dodając hałas do śladu mocy, prawda?

— lucas92

Zastanawiam się nad tym. Obecne prądy są naprawdę małe, a ślad mocy jest filtrowany w pobliżu każdego podłączonego do niego układu scalonego (obejścia), więc nie jestem pewien, czy to będzie problem.

Ale jeśli zrobisz to w ten sposób, co ustawi odniesienie DC do lokalnej masy GND? Potrzebujesz innego śladu dla odniesienia DC?

— lucas92

Masz rację w swoim rozumieniu. Prąd powrotny z dowolnego sygnału będzie chciał podążać tą samą ścieżką, co sam sygnał, z wykorzystaniem sąsiadującej płaszczyzny uziemienia lub mocy. Jeśli płaszczyzna uziemienia zostanie złamana, nadal znajdzie ścieżkę z powrotem do źródła sygnału, ale dłuższą mniej optymalną ścieżką, co może skutkować wyższą emisją i gorszą odpornością. To, czy jest to problem w twoim projekcie, zależy od wielu czynników, takich jak szybkość zegara sygnałów i, co ważniejsze, szybkość ich krawędzi.

Jeśli uważasz, że może to stanowić problem (i prawdopodobnie tak jest), najlepszym rozwiązaniem jest użycie 4 lub więcej warstwowej planszy, aby mieć nieprzerwaną płaszczyznę uziemienia. Korzystając z 2-warstwowej planszy, możesz dodać łącze 0805 lub 1206 zero-om, aby połączyć ze sobą dwie płaszczyzny uziemienia w punkcie, w którym są one złamane, aby zapewnić bieżącą ścieżkę powrotną.

— Steve G.
źródło

Tak myślałem. Mogę wybrać płytę 4-warstwową w następnej iteracji mojego prototypu, ale na razie nie jest to tak naprawdę opcja (a zgodność EMI nie jest jeszcze problemem). Szczelina utworzona przez ślad mocy jest zbyt szeroka, aby połączyć ją z zerowym omem, stąd moje rozwiązanie kondensatorowe. Znalazłem również ten artykuł, który sugeruje, że szycie kondensatora jest nieoptymalne, ale wykonalne dla częstotliwości (lub prędkości krawędzi) mniejszej niż 100 MHz.

Zapomniałem wspomnieć, że powyższy połączony artykuł bezpośrednio łączy dwie płaszczyzny odniesienia, podczas gdy musiałbym „poprowadzić” prąd powrotny sygnału przez ślad pośredni.

Nie sądzę, że twoje rozwiązanie kondensatora spowoduje problemy, po prostu nie sądzę, że jest tak dobre, jak bezpośrednie zszywanie samolotów za pomocą 0R.

— Steve G