PCB Ground และ Power Planes

ฉันกำลังอธิบาย PCB 4-layer ที่มี stack-up ดังต่อไปนี้: สัญญาณด้านบน, กราวนด์, พาวเวอร์เพลท, สัญญาณด้านล่าง

นี่เป็น PCB แรกที่ฉันทำเช่นนี้ซึ่งรวมถึง SMPS ที่มีเสียงดังที่มีความถี่การสลับ 600KHz เช่นเดียวกับ 32MHz uC และโมดูลไร้สาย 2.4GHz ฉันต้องการแยกสัญญาณรบกวนของบล็อคต่าง ๆ และป้องกันไม่ให้รบกวนในบล็อกอื่นตัวอย่างเสียง SMPS และ uC ไม่ควรยุ่งเกี่ยวกับโมดูลไร้สาย สำหรับเรื่องนั้นฉันกำลังแยกระนาบพลังงานในพื้นที่ปิดสามแห่งหนึ่งอันสำหรับแต่ละแรงดัน (SMPS 'สร้าง 5.0V และ 3.3V และ 5.0V จากตัวควบคุมเชิงเส้น 50mA ขนาดเล็กมากสำหรับระบบเปิดใช้งานเสริม) แต่รักษาพื้นดิน ระนาบ unsplitted และครอบคลุมกระดานทั้งหมด SMPS, uC และบล็อคโมดูลไร้สายจะถูกแยกออกจากกันบนกระดาน

คำถามคือ:

1. การแยกการจัดเรียงนี้จะช่วยในการลดเสียงรบกวนระหว่างโมดูลได้หรือไม่
2. การเททองแดงภาคพื้นดินที่ด้านบนและด้านล่างจะช่วยลดเสียงรบกวน EMI จากภายนอกลงในบอร์ดหรือไม่
3. จะดีกว่าที่จะยังแยกระนาบพื้น (และไม่มีพื้นดินไหลอยู่ด้านบนและด้านล่างเพื่อหลีกเลี่ยงห่วง) และเชื่อมต่อในแฟชั่นดาว? ฉันได้ยินมาว่าดีกว่าที่จะรักษาแนวราบไว้ แต่ทุกคนดูเหมือนจะมีเวอร์ชั่นของเขาเอง

ความเข้าใจของฉันคือที่ที่พื้นดินควรอยู่ต่ำกว่าหรือสูงกว่าสัญญาณและกำลังติดตามเพื่อลดการวนซ้ำและลด EMI ที่เกิดจากบอร์ด นอกจากนี้หากบล็อกที่แตกต่างกันได้ถูกแยกออกทางร่างกายแล้วบนกระดานกระแสไหลกลับของพวกเขาจะไหลในระนาบกราวด์ที่ไม่ได้ตั้งไว้โดยไม่รบกวนซึ่งกันและกัน ถูกต้องหรือไม่ แต่ฉันยังอ่านเกี่ยวกับการแบ่งระนาบกราวด์ออกเป็นโซนหนึ่งสำหรับแต่ละส่วนย่อยและเชื่อมต่อบล็อกที่แตกต่างกันเหล่านี้ในจุดเดียวเท่านั้น (การเชื่อมต่อดาว) ไหนดีกว่าและทำไม

การแยกการจัดเรียงนี้จะช่วยในการลดเสียงรบกวนระหว่างโมดูลได้หรือไม่

หากคุณมีแรงดันไฟฟ้าหลายตัวและบอร์ดแบบ 4 เลเยอร์คุณไม่มีทางเลือกมากนัก คุณต้องส่งแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันไปโหลดที่แตกต่างกัน ไม่ว่าจะเป็นการลดหรือเพิ่มเสียงรบกวนนั้นมีส่วนเกี่ยวข้องกับรายละเอียดของวิธีการจัดวางมันเป็นไปไม่ได้ที่จะให้คำตอบแบบครอบคลุมกับคำถามนี้ ดีกว่าที่จะดูเป็นคุณจะต้องแยกระนาบพลังงานของคุณ - วิธีที่ดีที่สุดที่จะทำคืออะไร?

การเททองแดงภาคพื้นดินที่ด้านบนและด้านล่างจะช่วยลดเสียงรบกวน EMI จากภายนอกลงในบอร์ดหรือไม่

สามารถทำได้ถ้าคุณให้หลายจุดแวะเพื่อเชื่อมต่อพื้นที่ชั้นนอกของชั้นนอกกับระนาบกราวด์ มันจะทำให้ผู้ขาย fab ของคุณมีความสุขเพราะมันจะลดปริมาณทองแดงที่พวกเขาต้องกัดเพื่อทำบอร์ดของคุณ

ระวังการนำพื้นดินชั้นนอกมาใกล้กับร่องรอย 2.4 GHz ของคุณมากเพราะถ้าใกล้กว่านั้นบอกว่า 5 ร่องรอยแบนด์วิดท์มันจะเปลี่ยนอิมพีแดนซ์ลักษณะของสายอิมพีแดนซ์ควบคุมของคุณ

จะดีกว่าไหมที่จะแยกระนาบกราวด์ (และไม่มีการกราวด์ที่ด้านบนและด้านล่างเพื่อหลีกเลี่ยงการวนซ้ำ) และเชื่อมต่อกับดาวฤกษ์? ฉันได้ยินมาว่าดีกว่าที่จะรักษาแนวราบไว้ แต่ทุกคนดูเหมือนจะมีเวอร์ชั่นของเขาเอง

คำตอบสั้น ๆ : ไม่

หากคุณให้ความสนใจเป็นพิเศษกับวิธีที่คุณแยกระนาบพลังงานและถ้าวงจรของคุณต้องการมันก็มีหลายกรณีที่มันสามารถปรับปรุงสิ่งต่าง ๆ ได้

แต่ถ้าคุณต้องการคำตอบเดียวจากคนที่ไม่รู้อะไรเกี่ยวกับวงจรที่คุณกำลังออกแบบอยู่คำตอบที่ดีที่สุดคือไม่แยกระนาบพื้น

อีกสิ่งหนึ่งที่น่าจับตามอง

สแต็คของคุณคือสัญญาณกราวด์ - พลังงาน - สัญญาณ ด้วยการแยกในระนาบพลังงาน

เมื่อคุณกำหนดเส้นทางบนเลเยอร์ด้านล่างพยายามอย่าข้ามแยกในระนาบพาวเวอร์เนื่องจากการติดตามเลเยอร์ด้านล่างเหล่านั้นจริง ๆ แล้วจะใช้ตาข่ายไฟฟ้าไม่ใช่พื้นดินเป็นเส้นทางกลับสำหรับส่วนประกอบความถี่สูงของสัญญาณ

นอกจากนี้ระวังสัญญาณ (ความเร็วสูง) ที่กระโดดจากชั้นบนสุดไปยังชั้นล่างเพราะสิ่งนี้จะต้องมีการเปลี่ยนของกระแสไฟฟ้าไหลกลับจากตาข่ายไฟฟ้าไปยังตาข่ายพื้นดิน กระแสที่ส่งคืนนี้อาจจะผ่านตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้งที่ใกล้ที่สุด --- ดังนั้นสิ่งที่ดีที่สุดที่สองคือการวางตัวเก็บประจุแยกที่อยู่ใกล้แต่ละสถานที่ที่กระแสกลับต้องผ่านระนาบ (สิ่งที่ดีที่สุดไม่ได้ข้ามระหว่างระนาบเลย)

แก้ไข

ฉันแน่ใจว่าสัญญาณ HF ทั้งหมดไม่ข้ามแยก แต่มีแทร็ก DC สองสามอันที่ข้ามพวกเขาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นั่นเป็นปัญหาหรือไม่?

คิดเกี่ยวกับสิ่งนี้: เมื่อคุณบอกว่าเป็นแทร็ก dc คุณหมายถึงแรงดันไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลงหรือกระแสไม่เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดปัญหากับการทำงานผ่านการแยก (การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้ามีปัญหาเพียงเพราะมักจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน)

ดังนั้นขึ้นอยู่กับว่าคุณกำลังพูดถึงสัญญาณ "dc" เหมือนบรรทัดเปิดใช้งานสำหรับแหล่งจ่ายไฟที่เปิดขึ้นมาหนึ่งครั้งเมื่อเริ่มทำงานจากนั้นปล่อยทิ้งไว้ที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกันตลอดไปหรือติดตามพลังงานสำหรับรางเสริมบางตัว ไม่คุ้มที่จะทำอะไรให้แตก

สัญญาณควบคุม DC จะไม่มีปัญหา

หากเป็นสัญญาณไฟที่มีโหลดปัจจุบันแตกต่างกันคุณสามารถแก้ไขปัญหาด้วยตัวเก็บประจุแยก ตัวเก็บประจุแบบแยกตัวช่วยให้การเปลี่ยนแปลงความถี่สูงของกระแสไหลผ่านทางลัดสั้น ๆ ผ่านตัวเก็บประจุแทนเส้นทางที่ยาวผ่านแทร็ค