PCB и проектирование силовых соединений

Сейчас я разработал несколько печатных плат, но никогда не задумывался о передовой практике. Это были маленькие платы, и основной упор был сделан на то, чтобы убедиться, что все, что нужно было подключить, было подключено.

Теперь я хочу стать более серьезным в создании хорошо спроектированных досок. Я разработал и изменил дизайн моего текущего проекта несколько раз, пытаясь придумать красивый внешний вид.

Этот проект основан на микроконтроллере ATXMega256, работающем на кристалле 16 МГц, всего около 60 компонентов и 7 или 8 из которых являются микросхемами.

Для моего следующего редизайна я планирую дать "Manhattan Routing" попытку, по крайней мере, попытаться помочь сумасшедшими следами, идущими в разные стороны - но это немного не по теме.

Проблема, с которой я сталкиваюсь, заключается в понимании подходящего метода подачи питания на каждую микросхему. Обычно, я бы просто цеплял их, но это плохая практика.

Вот мои вопросы, касающиеся питания

1. Я слышал о «Конфигурации звезды», где все микросхемы напрямую связаны с регулятором, но я не видел реальный пример этого, поэтому я не уверен, как встроить это в мои проекты. Это звучит как беспорядок следов, исходящих от одной площадки в моем уме. Можете ли вы опубликовать пример хорошо разработанной конфигурации Star?

2. Каковы были бы некоторые преимущества и недостатки использования конфигурации звезды в отличие от силовой плоскости, кроме очевидного влияния силы на всю плоскость.

3. Когда можно или нет нормально использовать плоскость для VCC, особенно для двухслойной платы, как я слышал, что это не так распространено на двухслойной плате?

4. Если мне не следует использовать плоскость питания, что лучше в случае, когда следы должны пересекаться: использовать переходы для GPIO или переходы для питания?

5. Если можно использовать плоскость питания на двухслойной плате, если VCC находится на верхнем или нижнем слое, очевидно, у меня также будет плоскость заземления.

Я знаю, что нет взаимовыгодного ответа на эти вопросы, потому что каждый проект будет отличаться и потребовать различного планирования, но я думаю, что основная концепция должна быть несколько универсальной, которой следуют люди. Вы должны знать правила, прежде чем сможете их нарушить.

Я также понимаю, что эти вопросы могут выходить за рамки онлайн-обсуждения, но я ищу более общие ответы, которые могут помочь мне двигаться в правильном направлении.

Я бы порекомендовал ознакомиться с Руководством по проектированию печатных плат для снижения электромагнитных помех от Texas Instruments.

Хотя он направлен на снижение уровня электромагнитных помех, он предлагает советы или ответы на все ваши вопросы, кроме «Манхэттенской маршрутизации».

Раздел 2.1 (около 12 страниц) о земле и силе. Включает в себя следующие полезные разделы:

2.1.7 Силовые плоскости. Что нужно и что нельзя делать для четырехслойных плат
2.2.1. Одноточечное и многоточечное распределение.
2.2.2. Распределение звезд.
2.2.3. Сетка для создания плоскостей.

В нем показано, как приблизиться к характеристикам электромагнитных помех на печатной плате с помощью двухслойной платы. Частью снижения электромагнитных помех является обеспечение надлежащего электропитания, заземления и развязки.

Это не совсем ответ - я не знаю, есть ли действительно определенный ответ или просто мнение людей. Это слишком долго для комментариев, так что подайте в суд на меня.

Как я уже сказал, на самом деле это не ответ, а только то, как я делаю свой макет и маршрутизацию - я не знаю, насколько это «правильно» или насколько «правильно», но это работает для меня ™.

Манхэттенская маршрутизация, хотя и хороша, не всегда является ответом. Я использую гибрид Манхэттена - большую часть времени он вверх / вниз и влево / вправо, но не всегда - это зависит от конкретной ситуации. Я делаю с помощью уменьшения по направлению трассировки - если я могу сделать немного вверх / вниз на левой / правой плоскости и устранить необходимость в 2 переходных отверстиях, то я буду.

Что касается мощности - я склонен использовать петли и полузвезду. Думайте об этом как о звезде с петлями на конце. Особенно, когда один чип имеет 5 или 6 выводов питания, трассировка питания чипа будет образовывать петлю вокруг всех выводов и обратно к началу. То же самое с группами чипов. Они не всегда возвращаются обратно к цепи регулятора / питания, но возвращаются к «магистральной» трассе с более низким импедансом, которая затем возвращается к регулятору.

Виас по мощности или IO? Ну, это зависит от мощности и IO. Виас вводит повышенную индуктивность и сопротивление. Слишком много переходов по питанию может привести к избыточному падению напряжения или снизить нагрузочную способность по току. Слишком много переходных отверстий на IO может снизить максимальную тактовую частоту и скорость передачи данных, с которыми вы можете работать, а также увеличить выбросы EMI. Хотя в целом я предпочитаю сводить переходы к власти до абсолютного минимума. С этой целью я обычно выкладываю следы силы прежде всего.

Если у вас должна быть силовая плоскость на двухслойной плате (я, например, никогда не делаю - наземные плоскости, но не силовые), я думаю, что лучше иметь ее сверху. Главным образом потому, что земляная плоскость, которая затем находилась бы внизу, обычно была бы смежной с шасси - и если она металлическая и заземленная, то земля находится рядом с землей и не может вызвать неприятных шорт. Сила рядом с землей может вызвать шорты.