Jakie są zalety posiadania dwóch gruntów?

Widziałem wiele 2-warstwowych płytek drukowanych, które mają ziemię zalewającą zarówno górną, jak i dolną warstwę, zastanawiałem się, dlaczego to robisz? i czy nie lepiej byłoby użyć górnej warstwy do zasilania i sygnałów oraz dolnej warstwy do uziemienia, aby uprościć routing, a także wykorzystać pojemność między płaszczyznami?

pcb pcb-design ground

— mux
źródło

To nie jest taka odpowiedź, ale sugeruję, że większość ludzi robi to po prostu dlatego, że myślą, że to dobrze, że w przeciwnym razie byłaby to zmarnowana przestrzeń itp. Możesz zwolnić połączenia z ziemią, zakładając, że przynajmniej jeden, łącząc się z dolną płaszczyzną uziemienia lub jeśli górna warstwa może uderzyć w podkładkę o kołek przelotowy, który akurat zostanie uziemiony. .. lub jak powiedział Olin ... religia ma przyczółek. :)

— Toby Lawrence

tak, nie mogłem wymyślić żadnego dobrego tego powodu, jeśli byłby to dobrze płaszczyzna mocy, to może pojemność, ale co to za dobre kilka warstw uziemienia? tym bardziej, że górny jest najprawdopodobniej źle posiekany, ze wszystkimi komponentami na górze, więc pomyślałem, że zapytam :)

— mux

Jednym z dobrych powodów dla samolotów po obu stronach jest utrzymanie równej ilości miedzi po obu stronach płytki drukowanej. Jeśli jedna strona ma znacznie więcej miedzi niż druga, wówczas PCB będzie bardziej podatne na wypaczanie. Jest to jeden z powodów, dla których wielowarstwowe płytki drukowane są często symetryczne na swojej warstwie kopii zapasowej. Dokładne ryzyko wypaczenia nie jest jednak dla mnie jasne, ale miałem komentarz firm PCB, gdy nie zrobiłem tego dobrze.

Oprócz tego, co powiedział David, sklep z wycieczkami lubi mieć maksymalną ilość miedzi na każdej warstwie, ponieważ minimalizuje to zużycie trawienia. Jeśli twoje głośności nie są bardzo wysokie, to nie ma sensu, abyś jako projektant martwił się tym.

— Photon

Odpowiedzi:

Dobry układ i uziemienie wydają się tam słabo zrozumiane, więc religia znajduje oparcie. Masz rację, naprawdę nie ma powodu, aby używać zarówno górnej, jak i dolnej płyty dwuwarstwowej do podłoża.

To, co zwykle robię dla płyt dwuwarstwowych, to umieszczenie jak największej liczby połączeń na górnej warstwie. W tym miejscu i tak już są szpilki części, podobnie jak warstwa logiczna, której należy użyć do ich połączenia. Niestety zwykle nie można trasować wszystkiego na jednej warstwie. Pomoże w tym uważne myślenie o rozmieszczeniu części, ale w ogólnym przypadku nie można trasować wszystkiego w jednym samolocie. Następnie używam dolnej płaszczyzny do krótkich „zworek” tylko wtedy, gdy jest to potrzebne do uruchomienia routingu. Dolna płaszczyzna jest w przeciwnym razie szlifowana.

Sztuczka polega na tym, aby zworki na dolnej warstwie były krótkie i nie przylegały do siebie. Miarą tego, jak dobrze pozostaje płaszczyzna uziemienia, jest maksymalny liniowy wymiar otworu, a nie liczba otworów. Kilka krótkich 200 mil śladów rozrzuconych po okolicy nie powstrzyma samolotu od lądu przed wykonaniem swojej pracy. Jednak ta sama liczba 200 mil śladów zebranych razem, aby jedna wyspa na cal w poprzek była znacznie większym zakłóceniem. Zasadniczo chcesz, aby ziemia przepływała wokół wszystkich drobnych zakłóceń.

Ustaw wysoki koszt automatycznego routera dla dolnej warstwy i nie karaj go za przelotki. Spowoduje to automatyczne umieszczenie większości interkonektów na górnej warstwie. Niestety, algorytmy automatycznego routera, które widziałem, nie mogą być poprawiane, ponieważ nie zlepiają zworek. Na przykład w Eagle jest parametr przytulania . Nawet jeśli to wyłączysz, nadal dostaniesz zlepionych zworek. Pozwól, aby automatyczny router wykonał pomruk, a następnie posprzątaj wszystko. Czasami można zauważyć przypadek, w którym niewielka zmiana ustawienia może całkowicie wyeliminować zworkę. Jednak większość czasu poświęcisz na rozsuwanie skoczków, aby nie tworzyć dużych wysp.

Jeśli chodzi o samoloty władzy, to głównie głupia religia. Poprowadź moc jak każdy inny sygnał, chociaż w tym przypadku musisz wziąć pod uwagę spadek napięcia z powodu rezystancji śledzenia, ponieważ ślady mocy prawdopodobnie obsługują znaczny prąd. Na szczęście nawet 1 oz śladów miedzi na płytce drukowanej ma dość niską odporność. Możesz zrobić ślady mocy 20 mil lub cokolwiek zamiast 8 mil dla śladów sygnału. W każdym razie chodzi o to, że rezystancja DC ma znaczenie, ale zwykle nie stanowi większego problemu, chyba że masz projekt o wysokim prądzie.

Impedancja prądu przemiennego nie jest aż tak istotna, czego wydaje się, że ludzie religijni nie rozumieją. Wynika to z tego, że zasilanie jest lokalnie omijane do płaszczyzny uziemienia w każdym punkcie użytkowania. Jeśli masz dobrą płaszczyznę uziemienia, nie potrzebujesz osobnych płaszczyzn zasilania dla większości zwykłych konstrukcji, wystarczy dobre obejście na każdym przewodzie zasilania każdej części. Kołpak obejściowy łączy się bezpośrednio między kołkiem zasilającym i uziemiającym, a następnie po prawej stronie kołka uziemiającego można podłączyć do płaszczyzny uziemienia na dolnej warstwie.

Prąd pętli mocy wysokiej częstotliwości części powinien wyjść z kołka zasilającego, przez kołpak obejściowy i wrócić do kołka uziemiającego, nigdy nie biegną w poprzek płaszczyzny uziemienia. Oznacza to, że nie używasz osobnego przelotu dla naziemnej strony nasadki obejściowej. Podłącz go bezpośrednio do kołka uziemiającego u góry, a następnie podłącz tę sieć do płaszczyzny uziemienia za pomocą przelotu w jednym punkcie. Ta technika bardzo pomoże w generowaniu emisji RF i czystości.

— Olin Lathrop
źródło

To świetna odpowiedź, dziękuję, proszę pana, więc jeśli dobrze rozumiem, zwłaszcza z ostatniego akapitu, nie powinienem w ogóle używać polewy na górną warstwę, prawda? to jest bezużyteczne ? czy powinienem również używać zworek na dolnej warstwie, nawet jeśli oznacza to, że niektóre sygnały nie wybiorą najbardziej bezpośredniej trasy?

— mux

@mux: Tak w większości przypadków. Wyjątkiem są specjalne sygnały o wysokiej prędkości, sygnały, które muszą być kontrolowane impedancją, sygnały, które muszą być dopasowywane z opóźnieniem itp. Jednak zwykle nie można ich znaleźć na płytce dwuwarstwowej. Zazwyczaj oznaczają one inne wydatki, takie jak przejście do 4 lub więcej warstw stanowi niewielki dodatkowy koszt.

— Olin Lathrop,

@OlinLathrop Naprawdę nie rozumiem. Tak, czapki odsprzęgające już zapewniają ścieżkę o bardzo niskiej impedancji. Powiedzmy, że pomijamy wszystkie indukcyjności wszystkich śladów. Potem opuściliśmy tylko nagłe bieżące żądania ze strony (powiedzmy) układu scalonego. OK, daszek odsprzęgający to da. Ale w jaki sposób i gdzie ładować się będzie ta odsprzęgająca czapka na następne nagłe bieżące zapotrzebowanie? Czy będzie miał czas na doładowanie? Jestem naprawdę zdezorientowany.

— abdullah kahraman

@Nick: Nie ma większego znaczenia, dokąd dokładnie ziemia przechodzi wzdłuż ścieżki od kołka uziemiającego do strony uziemienia nasadki odsprzęgającej, ponieważ ścieżka ta i tak powinna być krótka. Ważną kwestią jest to, że pętla istnieje bez objęcia płaszczyzny uziemienia. To utrzymuje prądy w pętli wysokiej częstotliwości poza płaszczyzną uziemienia, która w przeciwnym razie byłaby anteną krosową zasilaną centralnie. Bardziej szczegółowo wchodzę na stronę electronics.stackexchange.com/a/15143/4512 .

— Olin Lathrop,

@abdullahkahraman: W tym miejscu może wchodzić wiele pułapek, mała, która może obsługiwać wyższe częstotliwości szczytów, a większa, która może obsługiwać niższe częstotliwości. Znajdując się w pobliżu, większy może również ładować mniejszy szybciej niż byłoby to możliwe dzięki zasilaniu napięciem.

— Nemo157,

Posiadanie płaszczyzny mocy na górze i ziemi na dole prawie nie dawałoby żadnej pojemności.

$C = k \cdot \epsilon_0 \cdot A / d$

$\epsilon_0$ $A$ $d$ $\times$

$C = 4.5 \cdot 8.85 pF/m \cdot 0.016 m^2 / 0.0016 m = 400 pF$

Kondensatory odsprzęgające dają znacznie więcej. Również właściwie odsprzęgnięty nie ma znaczenia, czy użyjesz uziemienia, czy mocy do wylewania miedzi; dla HF powinny być takie same. Zazwyczaj uziemienie jest wybierane, ponieważ ta sieć będzie miała najwięcej połączeń i łatwiej będzie połączyć różne izolowane wylewki miedzi u góry z wylewem miedzi po drugiej stronie.

— stevenvh
źródło

Tak, ale to 400 pF może być dość znaczące przy najwyższych częstotliwościach, które należy odsprzęgnąć - np. Impedancja 4 omów przy 100 MHz - i ta pojemność ma najmniejszą związaną z tym rezystancję szeregową i indukcyjność. Bardzo ważne w projektach o bardzo dużej prędkości, ale jeśli wykonujesz tego rodzaju pracę, prawdopodobnie używasz więcej niż dwóch warstw i mniej odstępów między płaszczyznami.

— Dave Tweed

@Dave - zgodził się, ale 400 pF jest na płytkę drukowaną składającą się tylko z miedzi. Trasa jednak znacznie zmniejszy obszar, a połączenia między wyspami również będą miały swoją indukcyjność. W przypadku HF wybrałbym 4-warstwowy i używałbym warstw wewnętrznych dla płaszczyzn naziemnych i energetycznych. Odległość będzie mniejsza = większa pojemność i nie będzie za dużo takich cięć.

— stevenvh,

więc pojemność jest nieznaczna, przynajmniej dla 2-warstwowej płytki drukowanej, więc poza wieloma połączeniami uziemiającymi, naprawdę nie ma żadnego powodu, aby używać zalewania na górnej warstwie? prawda?

— mux

@mux - Niezupełnie: chcesz wyciąć jak najmniej przez dolną płaszczyznę uziemienia, co oznacza, że wszystkie trasy na górnej warstwie pozostawiają tam zbyt mało płaszczyzny uziemienia. OTOH, umieszczenie tam miedzi nie zaszkodzi, a jeśli to także ziemia, możesz połączyć izolowane wyspy przez przelotki. Jeśli górną warstwą miedzi jest Vcc, łączenie wysp może być trudniejsze i może mieć mniej sensu. Ale obawiam się, że Dave nie do końca się zgadza :-).

— stevenvh,

@DaveTweed Należy pamiętać, że 400 pF, o którym wspomina Stevenvh, dotyczy całej płytki 160 x 100 mm. Mam nadzieję, że ścieżki powrotne wysokiej częstotliwości dla danego sygnału tak naprawdę nie „przechodzą” przez całą płytkę drukowaną, więc nie można naprawdę skorzystać z całego 400 pF.