Двухслойная конструкция печатной платы, технология сквозных отверстий и плоскость заземления

Я разрабатываю макет печатной платы для аудио приложений (без цифровой электроники, только аналоговый).

Все компоненты имеют сквозное отверстие, печатная плата довольно большая (около 16 см х 10 см) и имеет 2 слоя. Сквозное отверстие поддерживается технологией, которую я использую. Схема имеет двойное питание.

Что (и почему) из перечисленного является лучшим решением для маршрутизации сигналов, следов питания и заземления?

• Верхний слой: наземная плоскость; Нижний слой: сигналы и линии питания;
• Верхний слой: сигнальные линии и линии электропитания: НИЖНЯЯ прослойка: заземление
• Верхний слой: заземление и линии питания; Нижний слой: сигналы;
• Верхний слой: сигналы; НИЖНЯЯ прослойка: заземление и линии питания;

Я думаю, что все эти другие ответы слишком усложняют проблему. Сквозные отверстия являются законными во многих случаях, как и двухслойные плиты.

Я бы рекомендовал использовать плоскость заземления и плоскость сигнал / мощность, если у вас нет причин не делать этого. Этот метод проектирования проверен и верен, и я не вижу причин, по которым вы не должны его использовать. Я думаю, что на самом деле не имеет значения, с какой стороны вы подаете сигналы.

Вам нужно будет сделать несколько перемычек в плоскости земли, но это не вызовет никаких проблем, если вы будете избегать больших разрезов. Я сделал быстрое и ужасное изображение в краске, чтобы проиллюстрировать:

Как упоминал Нейл, ваши пути наземного возвращения имеют значение, вы не должны просто считать их законченными, когда они входят в наземную плоскость.

Один метод, который я бы порекомендовал, это тот, который вы не упомянули.

Как правило, любое произвольное деление пространств на мощность, землю, сигналы может принести вам некоторое горе, потому что их не нужно ни делить, ни достаточно, чтобы получить хороший результат.

Если бы плата была «сложной», то есть смешанными аналоговыми / цифровыми, высокоскоростными сигналами, большими токами, SMPS, тогда было бы полезно начать с полной земли. Но этого недостаточно, вам нужно знать, где в нем протекают возвратные токи, потому что вы все равно можете выстрелить себе в ногу, даже с земной плоскостью.

Я бы порекомендовал макет Манхэттена с сетчатой ​​землей.

Большим преимуществом Манхэттена является то, что вы всегда можете найти маршрут для своей трассы. Вам никогда не придется идти на компромисс и извлекать извилистый маршрут от его пути возврата, или перерезать плоскость земли, чтобы пробраться по трассе, разрушая ее целостность.

Манхэттенская маршрутизация включает выделение одного уровня для соединений Север-Юг и другого уровня для соединений Восток-Запад. Теперь вы всегда можете добраться от А до Б, как правило, одним путем, и вам никогда не придется задумываться о том, как вы можете пересечь дорожку.

Теперь у вас есть системный способ маршрутизации вашей доски, начните с привязки к земле. На один слой поместите дорожку каждые 20 мм или около того, в столбцах. На другом слое сделайте то же самое в строках. Через них вместе на каждом перекрестке. Теперь у вас есть земля, которая почти так же хороша, как плоскость, и гораздо более полезна, потому что оба слоя все еще доступны для маршрутизации всей вашей мощности и сигналов. Немного переместите наземные дорожки, чтобы разместить ваши микросхемы, но не раздвигайте их слишком далеко друг от друга.

Постскриптум - земля относительно земли с сеткой.

У меня были некоторые интересные комментарии от Умберто, Скотта и Олина, которые предполагают, что я не совсем понял свою точку зрения. Я, возможно, поясню, что выше, документируя мои рассуждения ниже.

Я сейчас на пенсии, и после пожизненного наставничества младших инженеров, одна из самых больших проблем, с которыми они сталкиваются, это плохое проектирование платы наземного самолета. Кажется, они думают, что наземный самолет «позаботится обо всех этих вещах изоляции», и они перестают думать. В результате они пропускают высокие токи через чувствительные входы и в противном случае не могут определить влияние обратных токов.

Чтобы помочь им отладить эти платы, я убираю плоскость заземления и заставляю их рассматривать все возвратные токи как отдельные потоки в отдельных дорожках. Как только преступник будет найден и план будет исправлен, почву можно будет восстановить.

На четырехслойной доске достаточно места, чтобы посвятить ее твердой почве. На двухслойной плате больше места для маршрутизации. Вот почему Манхэттен, который дает вам систематический способ прокладывать маршрут от А до Б, так полезен. Если вы посвятите один из 2-х слоев грунту, любая нетривиальная компоновка приведет к тому, что один или два (или несколько, эй, это только еще один) трека рассекают землю на части, разрушая ее целостность.

Без заземления, заземленная земля - ​​следующая лучшая вещь. Он гибкий, вы можете увеличить количество наземных трасс, где вам нужно. Это полностью совместимо с маршрутом Манхэттена. Когда вы закончите макет, непременно залейте молотую медь. В итоге вы получите что-то лучше, чем расколотый наземный самолет, потому что вы смогли подумать обо всех тех возвратных токах, на которые вы могли рассчитывать в противном случае.

Хороший дизайн доски - почти столько же искусство, сколько наука. Вы не можете научить художников создавать, вы не можете научить инженеров «чувствовать», где будут течь потоки, пока они не «поймут» это. Проектирование без заземления - один из способов ускорить процесс «получения».

Все компоненты через отверстие

Только по этой причине я хотел бы рассмотреть возможность использования заземляющей плоскости снизу, чтобы компоненты можно было устанавливать, не беспокоясь о том, могут ли их тела контактировать с заземленной медью.

Учитывая, что это для блока эффектов гитары с потенциально большой вибрацией и движением из-за кнопок и элементов управления, управляемых ногой, я бы также рассмотрел, как сигналы также направляются под компонентами, чтобы избежать проблемы, упомянутой в моем первом абзаце.

Но зачем ограничивать себя двумя слоями - уберите дорожки сигнала с верхнего слоя и используйте четырехслойную плату. Стоимость не будет намного больше, и душевное спокойствие это хорошая вещь.

Ни один из предложенных вами вариантов не подходит. Лучшая схема, чем вы упомянули, состоит в использовании SMD частей. Это имеет ряд преимуществ:

1. Доступен гораздо более широкий ассортимент деталей.

2. Те же запчасти будут дешевле.

3. Это займет гораздо меньше хлопот и времени, чтобы припаять детали на плату.

4. Это оставляет вам больше гибкости для маршрутизации.

Для двухслойной доски поместите части сверху. Используйте верхний слой для максимально возможного количества межсоединений. Зарезервируйте нижний слой как плоскость заземления и используйте его только для коротких «перемычек» других сигналов.

Держите эти перемычки отделенными друг от друга, чтобы токи заземления могли обтекать каждую в отдельности. Вы хотите минимизировать максимальный размер любого отверстия в базовой плоскости, а не количество отверстий. Иными словами, множество небольших рассеянных нарушений лучше, чем одно большое нарушение.

Выполните все заземляющие соединения с отдельными переходными отверстиями справа от каждого контакта, который должен быть заземлен. Это делает каждое заземление надежным, а также минимизирует заземление, мешающее прокладке других трасс.

Конечно, вы все равно должны обратить внимание на маршрутизацию следов сигнала. Аудио это все о поддержании высокого отношения сигнал / шум. Например, не направляйте усиленные выходные трассы рядом с чувствительными входными трассами.

Для получения дополнительной информации см. Этот ответ.

Если вы задаетесь вопросом о наземных самолетах, вы должны забыть сквозные отверстия! Выделение слоев заземления и питания - все это для обеспечения низкоимпедансных трасс для всех токов. Сквозные отверстия имеют большое дополнительное сопротивление только из-за их громоздкого размера и проводов.

Если вы хотите придерживаться сквозного отверстия, я рекомендую плату, которая очень похожа на схему. Используйте земные участки в середине верхнего и нижнего слоя. Используйте длинные ребра для V + и V- путей. Создайте «медные пальцы» от земли до V + / V- или наоборот, чтобы учесть радиальные компоненты. Если вашей схеме усилителя требуется три или четыре напряжения, используйте верхний слой для одной пары напряжений и задний слой для другой.

Пожалуйста, также помните, что с точки зрения AC, V +, V- и GND одинаковы. Также важно иметь низкий импеданс V + и V- как GND.

Заземление грунта является непрерывным, где пальцы V + / V- ломают верхний, и наоборот. Используйте сквозные переходы компонента THT для соединения двух заливок GND. Таким образом, вы даете сквозным отверстиям причину существования. Используйте дополнительные переходы, где это необходимо.

Это полная противоположность конструкции платы, в которой нуждается цифровая схема. Теперь представьте себе головную боль создания платы со смешанным сигналом.