Оптимизируйте путь возврата сигнала с помощью развязывающих конденсаторов в двухслойной плате

Я проектирую довольно сложную двухслойную доску - я действительно должен выбрать четырехслойную, но здесь дело не в этом. Я закончил с размещением и маршрутизацией компонентов, и я делаю последние штрихи, например, чтобы убедиться, что плоскости земли покрывают большую часть доски и хорошо сшиты (так называемая сетка на земле).

В некоторых областях у меня есть трассы сигнала (например, SPI), расположенные над земной плоскостью, затем силовая трасса (14 В), затем другая заземляющая плоскость. Я никак не могу сместить эту трассировку мощности с пути, поэтому я подумал, что смогу пропустить токи сигнала, проходящие через нее, имея несколько развязывающих конденсаторов (100 нФ) между трассой питания и плоскостями заземления, прямо под сигнальными трассами.

Вот изображение того, о чем я думаю:

Является ли это хорошей идеей для уменьшения области сигнальной петли и контроля электромагнитных помех?

Я не вижу смысла во всей этой сложности, и я уверен, что добавление конденсаторов увеличивает шум схемы. Цифровые сигналы, проходящие через трассировку питания, не являются критичными, если вы разместите развязывающие конденсаторы рядом с устройствами с питанием. Цифровые сигналы являются относительно быстрыми краями и не должны сильно влиять на трассу питания. Большинство микросхем также имеют общий шумоподавитель на выводах блока питания, так что на самом деле это не имеет большого значения. Кроме того, ваша трассировка SPI перпендикулярна трассе мощности, что означает, что перекрестные помехи будут минимальными.

— lucas92

Я не так беспокоюсь о целостности сигнала или связи между трассами, это не вопрос моего вопроса. Путь возврата сигнала довольно длинный и не прямо под трассами сигнала, что обычно рекомендуется. Я помню, как читал о методике, которую я пытаюсь применить в случае сигналов USB, и некоторые замечания по применению рекомендовали использовать конденсаторы, чтобы позволить току возврата проходить как можно ближе к следам сигналов на другом уровне.

О, вы беспокоитесь о пути возврата земли. Я неправильно понял вопрос. Я не уверен насчет этого, вы, вероятно, в конечном итоге добавите шум в трассировку мощности, верно?

— lucas92

Это то, что мне тоже интересно. Используемые токи действительно малы, и трассировка питания фильтруется вблизи каждой подключенной к ней микросхемы (заглушки байпаса), поэтому я не уверен, будет ли это проблемой.

Но если вы сделаете это таким образом, что установит ссылку DC на местное заземление GND? Вам нужен еще один след для ссылки DC?

— lucas92

Вы правы в своем понимании. Обратный ток от любого сигнала будет проходить по тому же пути, что и сам сигнал, используя смежную землю или плоскость питания. Если заземляющая плоскость нарушена, она все равно найдет путь к источнику сигнала, но по более длинному, менее оптимальному пути, что может привести к увеличению излучений и ухудшению помехоустойчивости. Является ли это проблемой в вашем дизайне, зависит от многих факторов, таких как тактовая частота сигналов и, что более важно, скорость их фронтов.

Если вы думаете, что это может быть проблемой (и, по-видимому, так и есть), то лучшим решением будет использование 4-х или более слоев, чтобы у вас была сплошная земля. Используя двухслойную плату, вы можете добавить ссылку 0805 или 1206 с нулевым сопротивлением, чтобы соединить две плоскости заземления в точке, где они повреждены, чтобы обеспечить текущий путь возврата.

— Стив Г
источник

Я так думала. Я мог бы пойти на четырехслойную плату в следующей итерации моего прототипа, но на данный момент это не совсем вариант (и соответствие EMI еще не проблема). Слот, созданный трассировкой питания, слишком широк, чтобы соединить его с нулевым сопротивлением, поэтому я выбрал конденсаторное решение. Я также обнаружил, что эта статья предполагает, что сшивание конденсаторов является неоптимальным, но пригодным для частот (или граничной скорости) менее 100 МГц.

Я забыл упомянуть, что вышеупомянутая связанная бумага напрямую соединяет две опорные плоскости, тогда как мне придется «направлять» обратный ток сигнала через промежуточную трассу.

Я не думаю, что ваше конденсаторное решение вызовет проблемы, я просто не думаю, что оно так же хорошо, как прямое соединение плоскостей с 0R.

— Стив Г.