Płaszczyzny uziemienia i zasilania PCB

Projektuję 4-warstwową płytkę drukowaną o następującym stosie: Signal Top, Ground Plane, Power Plane, Signal Bottom.

To pierwsza tak zrobiona płytka drukowana, która zawiera głośny SMPS o częstotliwości przełączania 600 kHz, a także uC 32 MHz i bezprzewodowy moduł 2,4 GHz. Chcę odizolować hałas różnych bloków i zapobiec ingerencji w inny blok, na przykład szumy SMPS i uC nie powinny zakłócać modułu bezprzewodowego. W tym celu dzielę płaszczyznę mocy na trzy zamknięte obszary, po jednym dla każdego napięcia (generowane przez SMPS 5,0 V i 3,3 V oraz 5,0 V z bardzo małego liniowego regulatora 50 mA dla pomocniczego systemu włączania), ale zachowaj uziemienie samolot nieoszlifowany i obejmujący całą tablicę. Bloki SMPS, uC i modułów bezprzewodowych są oddzielone od siebie na płycie.

Pytania są następujące:

1. To rozdzielone rozwiązanie pomogłoby w hałasie przemieszczającym się między modułami?
2. Czy wylanie zmielonej miedzi w górnej i dolnej części pomogłoby zredukować szum EMI na zewnątrz płyty?
3. Czy lepiej byłoby również podzielić płaszczyznę uziemienia (i NIE wylewać podłoża na górną i dolną stronę, aby uniknąć pętli) i połączyć ją w gwiazdę? Słyszałem, że lepiej jest utrzymać płaszczyznę naziemną w całości, ale wydaje się, że każdy ma swoją własną wersję.

Rozumiem, że miejsce na ziemi powinno zawsze znajdować się poniżej lub powyżej śladów sygnału i mocy, aby zminimalizować pętle i zmniejszyć EMI generowane przez płytkę. Ponadto, JEŻELI różne bloki są już fizycznie rozdzielone na płycie, ich prądy powrotne płynęłyby w nieplanowanej płaszczyźnie uziemienia bez zakłócania się. Czy to jest poprawne? Ale czytałem także o dzieleniu płaszczyzny uziemienia na strefy, po jednej dla każdego podsystemu i łączeniu różnych bloków tylko w jednym punkcie (połączenie gwiazdy). Który jest lepszy i dlaczego?

To rozdzielone rozwiązanie pomogłoby w hałasie przemieszczającym się między modułami?

Jeśli masz wiele napięć zasilania i 4-warstwową płytę, nie masz dużego wyboru. Musisz dostarczyć różne napięcia do różnych obciążeń. Niezależnie od tego, czy redukuje lub zwiększa hałas, ma wiele wspólnego ze szczegółami jego rozłożenia, nie jest możliwe udzielenie ogólnej odpowiedzi na to pytanie. Lepiej na to spojrzeć, ponieważ musisz podzielić swój plan władzy - jaki jest najlepszy sposób, aby to zrobić?

Czy wylanie zmielonej miedzi w górnej i dolnej części pomogłoby zredukować szum EMI na zewnątrz płyty?

Może to zrobić, jeśli podasz wiele przelotek, aby połączyć zewnętrzny obszar gruntu z płaszczyzną podłoża. Sprawi też, że twój wspaniały sprzedawca będzie szczęśliwy, ponieważ zmniejszy ilość miedzi, którą muszą wytrawić, aby twoja deska.

Uważaj, aby zbyt blisko gruntu warstwy zewnętrznej nie zbliżyć się do twoich śladów 2,4 GHz, ponieważ jeśli jest bliżej niż, powiedzmy, 5 ścieżek szerokości, zmieni to impedancję charakterystyczną linii o kontrolowanej impedancji.

Czy lepiej byłoby również podzielić płaszczyznę uziemienia (i NIE wylewać podłoża na górną i dolną stronę, aby uniknąć pętli) i połączyć ją w gwiazdę? Słyszałem, że lepiej jest utrzymać płaszczyznę naziemną w całości, ale wydaje się, że każdy ma swoją własną wersję.

Krótka odpowiedź: nie.

Jeśli zwrócisz szczególną uwagę na to, jak podzielisz płaszczyznę mocy, i jeśli twój obwód tego wymaga, to są przypadki, w których może to poprawić.

Ale jeśli potrzebujesz jednej odpowiedzi od kogoś, kto prawie nic nie wie o projektowanym obwodzie, najlepszą odpowiedzią jest nie podzielenie płaszczyzny uziemienia.

Jeszcze jedna rzecz, na którą należy zwrócić uwagę

Twój stos jest sygnałem sygnał-ziemia-moc-sygnał. Z podziałami w płaszczyźnie mocy.

Podczas trasy po dolnej warstwie staraj się nie przecinać podziałów w płaszczyźnie mocy, ponieważ te ślady dolnej warstwy będą faktycznie wykorzystywać sieć energetyczną, a nie uziemienie, jako ścieżkę powrotną dla komponentów wysokiej częstotliwości sygnału.

Uważaj również na (szybkie) sygnały przeskakujące z górnej do dolnej warstwy, ponieważ będzie to również wymagało przejścia prądu powrotnego z sieci energetycznej do sieci naziemnej. Ten prąd powrotny prawdopodobnie przejdzie przez najbliższy kondensator odsprzęgający --- więc drugą najlepszą rzeczą jest umieszczenie kondensatora odsprzęgającego w pobliżu każdego miejsca, w którym prąd powrotny musi przecinać płaszczyzny. (Najlepszą rzeczą jest wcale nie przekraczanie płaszczyzn).

Edytować

Upewniam się, że wszystkie sygnały HF nie krzyżują się, ale jest kilka ścieżek DC, które nieuchronnie je przekraczają. Czy to może być problem?

Pomyśl o tym: kiedy mówisz, że jest to ścieżka prądu stałego, czy masz na myśli, że napięcie się nie zmienia lub prąd się nie zmienia? Bieżące zmiany powodują problemy z uruchomieniem przez podział. (Zmiany napięcia stanowią problem tylko dlatego, że zwykle powodują zmiany prądu)

Zależy to więc od tego, czy mówimy o sygnale „prądu stałego”, jak linia zezwolenia dla zasilacza, który jest włączany raz przy uruchomieniu, a następnie pozostawia na zawsze to samo napięcie, lub tor zasilania dla dodatkowej szyny, która nie była warte podziału.

Sygnał sterujący DC nie będzie problemem.

Jeśli jest to sygnał mocy o zmiennym prądzie obciążenia, możesz rozwiązać problem z kondensatorami odsprzęgającymi. Kondensator odsprzęgający pozwala, aby zmiany prądu o wysokiej częstotliwości przechodziły przez krótką ścieżkę przez kondensator zamiast długiej ścieżki przez ścieżkę.