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Enrutamiento de PCB: EMI e integridad de la señal, cuestiones de corriente de retorno

Si hay alguna lección de EMI/SI que he aprendido, es minimizar los bucles de retorno tanto como sea posible. Usted puede trabajar un montón de directrices EMI / SI de esa simple declaración.

Sin embargo, al no tener ni haber visto nunca Hyperlynx ni ningún tipo de herramienta completa de simulación de RF... es algo difícil imaginar en qué tengo que concentrarme específicamente. Además, mis conocimientos se basan exclusivamente en libros e Internet... no son formales ni se basan en demasiadas conversaciones con expertos, por lo que es probable que tenga conceptos extraños o lagunas.

Tal y como me lo imagino, tengo dos componentes principales en una señal de retorno. El primero es una señal de retorno de baja frecuencia (DC-ish) que sigue generalmente como era de esperar ... a lo largo de la ruta de menor resistencia a través de la red de alimentación / plano.

El segundo componente es una señal de retorno de alta frecuencia que intenta seguir la traza de la señal en el plano de tierra. Si cambias de capa, por ejemplo, de la capa superior a la inferior en una placa de 4 capas (señal, tierra, alimentación, señal), la señal de retorno de alta frecuencia intentará, según tengo entendido, saltar de la placa de tierra a la de alimentación desviándose por el camino más cercano disponible (el tapón de desacoplamiento más cercano, con suerte... que para la alta frecuencia bien podría ser un cortocircuito).

Supongo que si pones estos dos componentes en términos de inductancia, entonces es todo lo mismo en realidad (cerca de la resistencia de CC es todo lo que importa, en HF menor inductancia significa seguir a lo largo de debajo de la traza) .. pero es más fácil para mí imaginarlos por separado como dos modos diferentes de tratar.

Si hasta aquí estoy bien, ¿cómo funciona eso en capas de señal internas con dos planos adyacentes?

Tengo una placa de 6 capas (señal, tierra, alimentación, señal, tierra, señal). Cada capa de señal tiene un plano de tierra adyacente que está completamente intacto (excepto por las vías/agujeros, obviamente). La capa de señal central también tiene un plano de alimentación adyacente. El plano de potencia está dividido en varias regiones. Intenté mantenerlo al mínimo, pero mi división de 5V por ejemplo toma la forma de una gran "C" gruesa alrededor del exterior de la placa. La mayor parte del resto es de 3.3V, con una región de 1.8V debajo de la mayor parte de un gran BGA, con una región muy pequeña de 1.2V cerca del centro de eso.

(1) ¿Mi plano de potencia dividido me causará problemas aunque me centre en garantizar que las señales tengan buenas vías de retorno a través de los planos de tierra? (2) ¿Causará problemas el camino de retorno de baja frecuencia que toma un amplio desvío en mi división del plano de 5 V en forma de "C"? (Generalmente pensaría que no...)

Puedo imaginar que dos planos ininterrumpidos con una inductancia casi igual podrían inducir el flujo de corriente de retorno en ambos... pero mi suposición es que cualquier desvío significativo requerido en el plano de potencia haría que la señal de retorno se desviara fuertemente hacia el plano de tierra.

(3) Además, las capas intermedia e inferior comparten el mismo plano de tierra. ¿Cuál es el problema? Intuitivamente, creo que las trazas situadas directamente una encima de la otra y que comparten la misma toma de tierra interferirían entre sí más que un simple acoplamiento de trazas adyacentes en la misma capa. ¿Necesito trabajar más duro para asegurarme de que eso no ocurra?

Sospecho que puede venir un comentario del tipo "sí, en general, pero no se puede saber sin simularlo"... asumamos que estoy hablando en general.

EDITAR: Se me acaba de ocurrir algo. ¿Cruzar la división de un plano de potencia arruinaría la impedancia de la traza para stripline? Veo que la impedancia de traza ideal es menor, en parte porque hay dos planos... y si uno se rompe, ¿podría ser un problema?

EDITAR EDITAR: Vale, he respondido parcialmente a mi pregunta sobre compartir un plano entre capas de señal. La profundidad del efecto piel probablemente limita las señales a su propio lado del plano. (1/2 Oz cobre = 0.7 mils, profundidad de la piel @ 50MHz es 0.4 mil, 0.2 mil @ 200MHz.. asi que cualquier cosa sobre 65MHz deberia pegarse en su lado del plano. Me preocupan sobre todo las señales DDR2 de 200 MHz, pero los componentes de <65 MHz podrían ser un problema).

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Velociraptors Puntos 1152

Creo que vas por buen camino, un par de apuntes,

1) Con un trazado de señal entre dos planos, la corriente de retorno se dividirá entre los dos planos, incluso si uno de los planos está dividido. La corriente de retorno no puede "ver el futuro" y decidir de antemano a qué plano regresar. Volverá por encima y por debajo de la traza hasta que vea la división, momento en el que dirá "¡oh, mierda!" y le devolverá el dinero posiblemente haciendo que suspenda las pruebas de FCC. Por lo tanto, evite pasar las trazas por encima de los planos divididos, incluso si otro plano adyacente no está dividido. Usted puede tratar con divisiones con condensadores y tal, pero este tipo de solución es menos que ideal. Yo me centraría en evitar siempre pasar una traza sobre un plano dividido en un plano adyacente.

2) Las vías de retorno anchas en señales de CC no son realmente importantes.

3) Has preguntado sobre dos capas de señal que comparten el mismo plano. Normalmente, esto no es un gran problema si se hace correctamente. Lo que mucha gente hace es utilizar una de las capas como capa de señal "horizontal" y la otra como capa de señal "vertical", de modo que las corrientes de retorno sean ortogonales entre sí. Es muy común enrutar dos capas de señal para cada plano, y utilizar esta técnica horizontal/vertical. Lo más importante a recordar es no cambiar los planos de referencia. Tu configuración podría ser un poco complicada porque al pasar de la capa inferior a la 4ª capa se añade otro plano de retorno. Las placas de 6 capas más típicas son

1)ASignalHor 2)GND 3)ASignalVer 4)BSignalHor 5)POWER 6)BSignalVer

Si necesita planos adicionales más pequeños, como debajo del micro, estos se colocarían normalmente como una isla en una de las capas de señal. Si necesita utilizar más planos de potencia, es posible que desee pensar en ir a 10+ capas.

4) El espaciado entre planos es importante, y puede tener un gran impacto en el rendimiento, por lo que debe especificar esto a la casa del tablero. Si usted toma el ejemplo de 6 capas de apilamiento que he mencionado anteriormente, el espaciamiento de .005 .005 .040 .005 .005 (en lugar de apilamiento estándar con la misma distancia entre las capas) puede hacer un orden de magnitud de mejora. Mantiene las capas de señal cerca de su plano de referencia (bucles más pequeños).

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Duncan Smart Puntos 9195

Sí, más o menos respondes a tus propias preguntas. Por si sirve de algo, todo lo que dices es exactamente como yo lo he aprendido (revelación: yo también soy libro/Internet educado en EMI/SI).

Estoy bastante seguro de que cruzar planos divididos arruinaría la impedancia de la línea TEM con placas. Sin embargo, en el caso de los cables no estriados, siempre que un plano vecino proporcione una vía de corriente de retorno ininterrumpida, no debería haber problemas de EMI. Aunque yo comprobaría el apilamiento para asegurarme de que el plano ininterrumpido está físicamente más cerca de la capa de señal.

Yo no me preocuparía por las corrientes de retorno de baja frecuencia en tu split de 5V.

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