PCB และการออกแบบการเชื่อมต่อพลังงาน

ตอนนี้ฉันได้ออกแบบ PCB ไม่กี่ตัว แต่ไม่เคยคิดมากในการฝึกฝน พวกเขาเป็นบอร์ดขนาดเล็กและส่วนใหญ่เน้นให้แน่ใจว่าทุกสิ่งที่จำเป็นในการเชื่อมต่อนั้นเชื่อมต่อกัน

ตอนนี้ฉันต้องการจริงจังกับการออกแบบบอร์ดให้ดีขึ้น ฉันได้ออกแบบและออกแบบโครงการปัจจุบันของฉันหลายครั้งพยายามที่จะเกิดขึ้นกับเค้าโครงที่ดูดี

โครงการนี้มีพื้นฐานมาจาก ATXMega256 mCU ที่ทำงานบนคริสตัล 16Mhz, ประมาณ 60 ส่วนประกอบทั้งหมดและ 7 หรือ 8 ของพวกเขาเป็น IC

สำหรับการออกแบบครั้งต่อไปของฉันฉันวางแผนที่จะให้ "Manhattan Routing" ลองอย่างน้อยก็ลองและช่วยในการติดตามร่องรอยที่บ้าไปทุกอย่าง - แต่นั่นเป็นหัวข้อที่ค่อนข้างยาก

ปัญหาที่ฉันดูเหมือนจะพบมากที่สุดคือการทำความเข้าใจวิธีการใช้พลังงานที่เหมาะสมกับ IC แต่ละตัว โดยปกติแล้วฉันจะใช้โซ่เดซี่ แต่ก็มีการกล่าวกันว่าเป็นการปฏิบัติที่ไม่ดี

นี่คือคำถามของฉันเกี่ยวกับพลังงานการให้อาหาร

1. ฉันเคยได้ยินเรื่อง "การกำหนดค่าดาว" ซึ่ง IC ทั้งหมดเชื่อมโยงโดยตรงกับเครื่องควบคุม แต่ไม่เห็นตัวอย่างชีวิตจริงของสิ่งนั้นดังนั้นฉันจึงไม่แน่ใจว่าจะออกแบบสิ่งนั้นในโครงการของฉันอย่างไร ดูเหมือนว่ามีร่องรอยของคราบสกปรกติดอยู่ในใจฉัน คุณสามารถโพสต์ตัวอย่างของการกำหนดค่าระดับดาวที่ออกแบบมาอย่างดีได้หรือไม่

2. อะไรจะเป็นข้อดีและข้อเสียของการใช้การจัดเรียงดาวเมื่อเทียบกับระนาบพลังงานนอกเหนือจากที่เห็นได้ชัดว่ากำลังอยู่ทุกที่ด้วยระนาบ

3. เมื่อไรที่จะใช้หรือไม่ใช้เครื่องบินสำหรับ VCC โดยเฉพาะสำหรับบอร์ด 2 เลเยอร์อย่างที่ฉันเคยได้ยินมาว่ามันไม่ธรรมดาในบอร์ด 2 เลเยอร์?

4. หากฉันไม่ควรใช้เครื่องบินพลังงานซึ่งจะดีกว่าในกรณีที่มีร่องรอยที่ต้องข้ามซึ่งกันและกัน: การใช้งานผ่านสำหรับ GPIO หรือผ่านเพื่ออำนาจ?

5. ถ้าตกลงที่จะใช้ระนาบพลังงานบนบอร์ด 2 เลเยอร์ควร VCC อยู่ที่ชั้นบนหรือล่างแน่นอนว่าฉันจะมีระนาบกราวด์ด้วย

ฉันรู้ว่าไม่มีคำตอบ win / win สำหรับคำถามเหล่านี้เพราะทุกโครงการจะแตกต่างกันและต้องการการวางแผนที่แตกต่างกัน แต่ฉันคิดว่าแนวคิดพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังนั้นควรเป็นสากลที่ผู้คนติดตาม คุณต้องรู้กฎก่อนจึงจะสามารถทำลายได้

ฉันยังตระหนักว่าคำถามเหล่านี้อาจอยู่นอกเหนือขอบเขตของการสนทนาออนไลน์ แต่ฉันกำลังมองหาคำตอบทั่วไปเพิ่มเติมที่สามารถช่วยผลักฉันไปในทิศทางที่ถูกต้อง

ฉันขอแนะนำให้ดูแนวทางการออกแบบ PCB สำหรับ EMI ที่ลดลงโดย Texas Instruments

แม้ว่าจะมุ่งเน้นไปที่การลด EMI แต่ก็มีคำแนะนำหรือคำตอบสำหรับทุกคำถามของคุณยกเว้น "การกำหนดเส้นทางแมนฮัตตัน"

ส่วนที่ 2.1 (ประมาณ 12 หน้า) เป็นเรื่องเกี่ยวกับภาคพื้นดินและพลังงาน มันมีส่วนที่มีประโยชน์เหล่านี้:

2.1.7 Power Plane Do's และ Don'ts สำหรับบอร์ดสี่เลเยอร์
2.2.1 การกระจายแบบจุดเดียวเทียบกับ Multipoint การกระจาย
2.2.2 การกระจายดาว
2.2.3 Gridding เพื่อสร้างเครื่องบิน

มันแสดงให้เห็นถึงวิธีที่จะเข้าใกล้ประสิทธิภาพ PCB EMI 4 ชั้นโดยใช้บอร์ด 2 ชั้น ส่วนหนึ่งของการลดอีเอ็มไอคือเพื่อให้แน่ใจว่ามีพลังงานที่ดีและการกำหนดเส้นทางภาคพื้นดินและการแยกส่วน

นี่ไม่ใช่คำตอบอย่างเคร่งครัด - ฉันไม่รู้ว่ามีคำตอบที่ชัดเจนจริง ๆ หรือแค่ความคิดเห็นของผู้คน แม้ว่าจะยาวเกินไปสำหรับความคิดเห็นดังนั้นฉันจึงฟ้อง

ดังที่ฉันพูดไปนี่ไม่ใช่คำตอบจริงๆมันเป็นแค่วิธีที่ฉันทำเลย์เอาต์และการจัดเส้นทางของฉัน - ฉันไม่รู้ว่ามัน "ถูกต้อง" หรืออย่างไร "เหมาะสม" แต่ใช้ได้กับฉัน™

เส้นทางแมนฮัตตันในขณะที่ดีไม่ใช่คำตอบเสมอไป ฉันใช้พันธุ์แมนฮัตตันแบบไฮบริดหลายครั้งมันขึ้น / ลงและซ้าย / ขวา แต่ไม่เสมอไป - ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่แน่นอน ฉันวางผ่านการลดทิศทางการติดตาม - ถ้าฉันสามารถทำขึ้น / ลงเล็กน้อยบนระนาบซ้าย / ขวาและลบความต้องการของ 2 vias แล้วฉันจะ

สำหรับพลังงาน - ฉันมักจะใช้ลูปและกึ่งดาว คิดว่ามันเป็นดาวที่มีลูปในตอนท้าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อชิปตัวใดตัวหนึ่งมีพินพลังงาน 5 หรือ 6 ตัวกำลังไฟของชิปจะวนรอบรอบพินทั้งหมดและกลับไปที่จุดเริ่มต้น เช่นเดียวกันกับกลุ่มของชิป พวกเขาไม่ได้กลับไปที่วงจรควบคุม / กำลังไฟฟ้าเสมอไป แต่กลับไปที่ร่องรอย "ลำตัว" ที่มีอิมพิแดนซ์ที่ต่ำกว่าซึ่งจะกลับไปที่ตัวควบคุม

Vias on power หรือ IO? มันขึ้นอยู่กับกำลังและไอโอ Vias แนะนำการเหนี่ยวนำและการต้านทานเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าที่มีมากเกินไปอาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกมากเกินไปหรือลดความสามารถในการจัดการกระแสไฟฟ้า จุดอ่อนบน IO มากเกินไปสามารถลดความเร็วสัญญาณนาฬิกาและอัตราข้อมูลสูงสุดที่คุณสามารถใช้งานได้รวมทั้งเพิ่มการปล่อย EMI โดยทั่วไปแล้วแม้ว่าฉันมักจะชอบที่จะรักษาจุดจบของการใช้พลังงานให้น้อยที่สุด ด้วยเหตุนี้ฉันมักจะวางร่องรอยพลังก่อนสิ่งอื่นใด

หากคุณต้องมีระนาบพลังงานบนกระดานเลเยอร์ 2 (ฉันไม่เคยทำ - เครื่องบินภาคพื้นดินใช่ แต่ไม่ใช่เครื่องบินพลัง) ฉันคิดว่ามันเป็นสิ่งที่ดีที่สุดที่จะมีมันอยู่ด้านบน ส่วนใหญ่เพราะระนาบกราวด์ซึ่งจะอยู่ด้านล่างโดยปกติแล้วจะอยู่ติดกับแชสซี - และถ้าเป็นโลหะและกราวด์พื้นดินนั้นจะติดกับพื้นดินและไม่สามารถทำให้เกิดกางเกงขาสั้นที่น่ารังเกียจ พลังงานที่อยู่ติดกับพื้นอาจทำให้เกิดกางเกงขาสั้น