PCB de cuatro capas con alimentación doble (12V y 5V) y señales

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Estoy diseñando una PCB que controla 4 motores (pico de 400 mA) con puentes H, un Validador de Bill (usando UART para la comunicación) y controla 4 LED con 12V dc.

En mi alimentación de 5 V tengo un microcontrolador, 4 señales analógicas de sensor de corriente (para los motores). Tengo 1 UART RS-232 (9600 baudios), 1 UART TTL (9600 baudios), 2 I2C (100 kHz), 8 I / O para uso libre (solo con pull-ups) y 8 entradas con pull-ups y bypass para interruptores.

Acabo de decidir usar una PCB de 4 capas utilizando la siguiente pila:

  1. señal
  2. GND
  3. PODER
  4. señal

Los componentes se encuentran solo en la capa superior.

Sin embargo, no estoy seguro sobre el plano POWER y cómo puedo distribuir las señales, así que tengo algunas preguntas:

  • ¿Debo usar el mismo plano POWER para 12V y 5V? ¿Cómo puedo dividir el plano de poder? 12V y 5V provienen de diferentes fuentes de alimentación, pero tienen el mismo motivo.

  • ¿Cómo puedo separar las señales? ¿Debo usar la capa superior para señales de comunicación y señales analógicas, y usar la capa inferior para entradas, señales de E / S y señales de puente H? No sé cómo puedo separar las señales en 2 capas.

pregunta Matheus Soares

1 respuesta

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Primero, las señales

No tiene mucho sentido tratar de segregar las señales asignándoles capas dependiendo de su tipo. El hecho de tener dos capas para las señales le permite hacer cruces. Si tiene muchas señales digitales, por ejemplo, necesita dos capas para enrutarlas de manera eficiente. Por lo tanto, use ambas capas de señal para todo tipo de señales.

Lo que tiene sentido, sin embargo, es separar el circuito en bloques de diferente tipo (alta potencia, digital, analógico, ...) y colocarlos en diferentes áreas de la PCB, para minimizar las intererencias entre bloques sensibles (por ejemplo, poner señales analógicas sensibles al ruido lejos de los reguladores de conmutación, ...). También elija las ubicaciones de todos estos bloques para minimizar las longitudes de rastreo entre bloques.

Ahora, los planos de poder

Si usar la misma capa para 5V y 12V (con un plano dividido), o usar una de las capas de señal para tenerlas en capas diferentes no es tan importante. Sin embargo, hay una gran regla a seguir: evitar las señales que cruzan un plano dividido (especialmente las señales de alta velocidad): eso crearía una EMI no deseada.

Verifique qué tiene sentido en su caso específico: si el 12V se usa solo en partes de circuitos que no usan el 5V, use un plano dividido. Si la 12V se usa solo en unos pocos nodos, pero en partes del circuito que también usan 5V, use todo el plano de potencia para la 5V y dirija las trazas adicionales requeridas de 12V en una capa de señal (ni siquiera necesita usar una plano, en realidad).

Lo único es que, si utiliza toda la capa de potencia como un plano de 5 V y tiene una gran parte de la capa de señal en la parte superior con un plano adicional de 12 V, habrá capacidad entre ellos. Así que si hay ruido en uno de los suministros, puede acoplarse en el otro. Así que tal vez evite eso.

Mi sentimiento

Tu diseño no parece ser muy sensible. No veo señales de muy alta velocidad, no mencionaste los reguladores de conmutación, ... Así que en realidad, cualquier cosa servirá. Simplemente siga sus instintos y la lógica para hacer elecciones (minimice la longitud de los trazos, organice los bloques de manera eficiente, ...) y estará bien. Y probablemente Roger Rowland tiene razón en su comentario: dos capas seguramente serían suficientes. Usted sugirió que las 4 capas permiten "una mejor conexión a tierra", pero no tiene sentido hacer que el terreno sea "mejor" (lo que sea que eso signifique) de lo que se requiere, especialmente si cuesta 4 veces el precio. El diseño cuidadoso con la cuadrícula de los planos en las dos capas seguramente proporcionará un terreno lo suficientemente bueno en su caso.

Aquí hay un documento de TI que da buenos consejos (y en particular las explicaciones de la cuadrícula de tierra en el capítulo 2.2.3).

    
respondido por el dim

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