Diseño de PCB de 2 capas, tecnología de orificio pasante y plano de tierra

11

Estoy diseñando el diseño de una PCB para aplicaciones de audio (no electrónica digital, solo analógica).

Todos los componentes son a través del orificio, el PCB es bastante grande (aproximadamente 16 cm x 10 cm) y tiene 2 capas. Plateado a través del orificio son compatibles con la tecnología que estoy usando. El circuito tiene una doble alimentación.

¿Cuál (y por qué) de la siguiente es la mejor solución para enrutar señales, pistas de alimentación y tierra?

  • capa SUPERIOR: plano de tierra; Capa INFERIOR: señales y líneas de suministro;
  • capa SUPERIOR: señales y líneas de alimentación: capa INFERIOR: plano de tierra;
  • capa SUPERIOR: plano de tierra y líneas de suministro; Capa INFERIOR: señales;
  • capa superior: señales; Capa INFERIOR: plano de tierra y líneas de suministro;
pregunta Umberto D.

5 respuestas

3

Creo que todas estas otras respuestas están complicando demasiado el problema. Los diseños de orificio pasante son legítimos en muchos casos, al igual que los tableros de 2 capas.

Recomendaría utilizar un plano de tierra y un plano de señal / potencia a menos que tenga una razón para no hacerlo. Este método de diseño está probado y es cierto, y no veo ninguna razón por la que no deba usarlo. Creo que realmente no importa de qué lado pones las señales.

Necesitará hacer algunos puentes en el plano de tierra, pero esto no causará ningún problema si evita hacer cortes grandes. Hice una imagen rápida y terrible en pintura para ilustrar:

Como mencionó Neil, sus rutas de retorno a tierra sí importan, no debería considerarlas terminadas cuando entren en el plano de tierra.

    
respondido por el Drew
11

El único método que recomendaría es el que no has mencionado.

En general, cualquier división arbitraria de espacios en poder, tierra, señales, te dará algo de dolor, porque no es necesario dividirlos de esa manera, ni lo suficiente para obtener un buen resultado.

Si la placa fuera 'difícil', por lo tanto, señales mixtas analógicas / digitales, de alta velocidad, altas corrientes, SMPS, entonces sería beneficioso comenzar con un plano de tierra completo. Pero eso no es suficiente, necesitas saber dónde fluyen las corrientes de retorno, porque aún puedes dispararte en el pie, incluso con un plano de tierra.

Recomendaría el diseño de Manhattan, con un terreno cuadriculado.

El gran beneficio de Manhattan es que siempre puedes encontrar una ruta para tu ruta. Nunca tiene que comprometerse y tomar una señal de una ruta sinuosa que se aleja de su ruta de retorno, o cortar un plano de tierra para colarse por una pista, destruyendo su integridad.

El enrutamiento de Manhattan implica dedicar una capa para las conexiones Norte-Sur y la otra capa para las conexiones Este-Oeste. Ahora siempre puede obtener de A a B con una vía típica, y nunca tiene que preguntarse cómo puede cruzar una pista.

Ahora que tiene una forma sistémica de enrutar su tablero, comience con un terreno cuadriculado. En una capa, ponga una pista cada 20 mm aproximadamente, en columnas. En la otra capa, haz lo mismo en las filas. Víalas juntas en cada intersección. Ahora tiene un terreno que es casi tan bueno como un avión, y mucho más utilizable, porque ambas capas aún están disponibles para enrutar toda su potencia y señales. Mueve un poco las pistas del terreno para acomodar tus circuitos integrados por todos los medios, pero no los separes demasiado.

Posdata: plano de suelo frente a suelo reticulado.

He tenido algunos comentarios interesantes de Umberto, Scott y Olin, que sugieren que no he entendido bien. Quizás aclare lo que está arriba, mientras documenta mi razonamiento a continuación.

Ahora estoy retirado, y después de toda mi vida como mentor de ingenieros junior, uno de los mayores problemas que enfrentan es hacer un mal diseño en una tabla de plano de tierra. Parece que piensan que el plano de tierra "se hará cargo de todas esas cosas de aislamiento", y dejan de pensar. Como resultado, ejecutan corrientes altas más allá de las entradas sensibles y, de lo contrario, no logran detectar los efectos de las corrientes de retorno.

Para ayudarles a depurar estos tableros, quito el plano de tierra y los obligo a considerar todas las corrientes de retorno como flujos discretos en pistas separadas. Una vez que se ha encontrado al culpable y se ha arreglado el diseño, se puede restaurar el suelo.

En un tablero de 4 capas, hay suficiente espacio para dedicarlo a un terreno sólido. En una placa de 2 capas, hay una prima en el espacio de enrutamiento. Es por eso que Manhattan, que te brinda una forma sistemática de enrutar cualquier pista de A a B, es tan útil. Si dedicas una de tus 2 capas al suelo, cualquier diseño no trivial resultará en una, o dos (o varias, o sea, es solo una más) pistas que separan el suelo, destruyendo su integridad.

Sin plano de tierra, una tierra cuadriculada es la mejor opción. Es flexible, puede aumentar la cantidad de pistas de tierra donde lo necesite. Es totalmente compatible con las rutas de Manhattan. Cuando haya terminado el diseño, por todos los medios inundar con cobre molido. Terminarás con algo que está mejor encaminado que un plano de tierra picado, porque has podido pensar en todas esas corrientes de retorno que de otro modo hubieras esperado que estuvieran bien.

Un buen diseño de tablero es casi tanto un arte como una ciencia. No se puede enseñar a los artistas a crear, no se puede enseñar a los ingenieros a "sentir" dónde van a fluir las corrientes, hasta que lo "captan". Diseñar sin un plano de tierra es una forma de acelerar el proceso de "obtención".

    
respondido por el Neil_UK
8
  

Todos los componentes son a través del orificio

Solo por esta razón, consideraría usar un plano de tierra en la parte inferior para que los componentes puedan montarse sin preocuparse de si sus cuerpos podrían entrar en contacto con el cobre molido.

Dado que es para una caja de efectos de guitarra con potencialmente mucha vibración y movimiento debido a los botones y controles controlados por el pie, también consideraría cómo las señales se enrutan bajo los componentes para evitar el problema mencionado en mi primer párrafo.

Pero, ¿por qué limitarte a dos capas? elimina las señales de la capa superior por completo y usa un tablero de 4 capas. El costo no sería mucho más y la tranquilidad es algo bueno.

    
respondido por el Andy aka
7

Ninguno de tus diseños propuestos es bueno. Un esquema mejor que cualquier otro que mencione es usar partes SMD. Esto tiene una serie de ventajas:

  1. Hay disponible una gama mucho más amplia de piezas.

  2. Las mismas partes serán más baratas.

  3. Tomará mucho menos problemas y tiempo para soldar las piezas en el tablero.

  4. Te deja más flexibilidad para enrutar.

Para un tablero de dos capas, coloque las partes en la parte superior. Usa la capa superior para la mayor cantidad de interconexiones que puedas. Reserve la capa inferior como un plano de tierra y utilícela solo para "puentes" cortos de otras señales.

Mantenga estos puentes separados unos de otros para que las corrientes de tierra puedan fluir alrededor de cada uno individualmente. Desea minimizar la dimensión máxima de cualquier agujero en el plano de tierra, no el número de agujeros. Dicho de otra manera, muchas pequeñas interrupciones dispersas son mejores que una sola interrupción grande.

Haga todas las conexiones a tierra con vías separadas a la derecha por cada pin que se debe conectar a tierra. Esto hace que cada conexión a tierra sea sólida y también minimiza las conexiones a tierra que impiden el enrutamiento de las otras trazas.

Por supuesto, todavía tiene que prestar atención al enrutamiento de las trazas de la señal. El audio se trata de mantener alta la relación señal / ruido. No enrutar trazas de salida amplificadas cerca de trazas de entrada sensibles, por ejemplo.

Para obtener más información, consulte esta respuesta.

    
respondido por el Olin Lathrop
0

Si te estás preguntando sobre planos de tierra, ¡tienes que olvidar el agujero de paso! Tener capas de tierra y energía dedicadas consiste en mantener trayectorias de baja impedancia para todas las corrientes. Los componentes del orificio pasante tienen mucha impedancia adicional solo por su tamaño voluminoso y sus cables.

Si quieres mantenerte en el orificio pasante, te recomiendo una tabla que se parezca bastante al esquema. Use las áreas del terreno en el centro de la capa superior e inferior. Use los bordes largos para las rutas V + y V-. Cree "dedos de cobre" desde el suelo a V + / V- o viceversa para tener en cuenta los componentes radiales. Si su circuito amplificador necesita tres o cuatro voltajes, use la capa superior para un par de voltaje y la capa posterior para el otro.

Recuerde también que, desde AC view, V +, V- y GND son exactamente lo mismo. Es tan importante tener baja impedancia V + y V- como GND.

El relleno del fondo del fondo es continuo donde los dedos V + / V- rompen el superior y viceversa. Utilice las vías del componente THT para la conexión de los dos rellenos de GND. De esa manera le das a los agujeros de paso una razón para la existencia. Use vías adicionales cuando sea necesario.

Esto es justo lo contrario del diseño de la placa que necesita un circuito digital. Ahora imagine los dolores de cabeza de crear un tablero de señal mixta.

    
respondido por el Janka

Lea otras preguntas en las etiquetas