¿Debo hacer un vertido de cobre a tierra en una placa de circuito impreso de 4 capas para acortar las vías de corriente de retorno?

Question

Estoy diseñando una PCB de 4 capas con el apilamiento SEÑAL/GND/POWER/SIGNAL.

Puesto que tengo una capa de plano de tierra dedicada, he decidido no verter cobre conectado a tierra en las capas de señal superior e inferior, ya que he leído en otros temas en el intercambio que verter tierra en estas capas de señal externas mientras ya se tiene una capa de plano de tierra dedicada traerá poco o ningún beneficio, y podría crear problemas de EMI.

Pero, aquí está la cosa: Tengo trazas I2S que se ejecutan en aproximadamente 12 Mhz, así como algunas trazas de interfaz de tarjeta SD que se ejecutan a 50 MHz. Creo que los tiempos de subida para estos van a ser bastante corto, por lo que las señales en estos son (si no me equivoco) va a querer seguir el camino de traza para su corriente de retorno, no el camino más corto.

Y algunas de estas señales pasan por vías entre las 2 capas de señales. Al cambiar de capa, la corriente de retorno va a buscar el camino más cercano al plano de referencia, que sería, por ejemplo, la vía de tierra del condensador más cercana o la vía del pin de tierra de la MCU. De nuevo, mis conocimientos de masa son limitados pero creo que esto crearía un bucle de masa. Mi placa está orientada al audio y no me gustaría escuchar el sonido de "zumbido" inducido en la salida de audio...

Verter cobre conectado al plano de tierra y "espolvorear" algunas vías de tierra en esta zona de vertido de cobre permitiría caminos cortos a tierra prácticamente en todas partes en las capas superior/inferior, reduciendo el tamaño de los bucles de tierra, pero de nuevo como dije en el primer párrafo algunos dicen que puede traer problemas de EMI (como que el vertido actúe como una antena).

¿Debo verter tierra en las capas superior e inferior o no? Las respuestas a preguntas similares tienen una conclusión vaga, algunas dicen que sí, otras dicen que no es necesario pero que se puede hacer, otras dicen que no, que no lo haga...

Answer 1

Es poco probable que el vertido de tierra en la parte superior e inferior cree problemas de EMI, siempre y cuando se asegure de que no hay grandes islas sin vías de cobre GND en la parte superior e inferior. Tienes que utilizar vías para conectar tu vertido GND al plano GND. Si hay grandes secciones de vertido que no se pueden unir al plano GND con vías, es mejor eliminar esas secciones.

En los tableros con mucho espacio no utilizado en la parte superior e inferior, los vaciados de cobre pueden ser una idea bastante buena con muy pocos inconvenientes, si es que hay alguno. Probablemente, el único inconveniente es que, una vez colocado el cobre, puede resultar difícil seguir modificando el diseño de la placa de circuito impreso. Es posible que tenga que eliminar todos los vertidos si hace cualquier reencaminamiento, porque de lo contrario están en el camino. Normalmente, la adición de cobre se realiza después de completar todos los demás aspectos del diseño.

Cambio de capas

¿Tiene también un plano VCC? Las señales de alta velocidad deben enrutarse de modo que estén cerca de una capa plana. La capa de plano más cercana a una señal se denomina "plano de referencia" para esa señal. Por lo general, está bien utilizar VCC como plano de referencia. Cuando se pasa una señal de arriba a abajo en una placa de cuatro capas, eso se llama cambio de plano de referencia. Es una buena idea poner algunos pequeños condensadores cerámicos cerca de cualquier lugar donde usted tiene una señal de alta velocidad cambiar los planos de referencia. El condensador está conectado a los dos planos de referencia y garantiza un camino de baja impedancia para la corriente alterna entre los planos.

Los cambios de referencia se hacen a menudo y no deberían crearle ningún problema. Algunos buses de alta velocidad (como los diversos DDR) pueden requerir que ciertas señales se encaminen adyacentes a ciertos planos de referencia sin vías a otras capas. Pero no deberías tener ese problema.

El acoplamiento de las trazas de cobre al cobre GND circundante en el mismo plano es relativamente débil comparado con el acoplamiento a una capa plana por encima o por debajo de la traza. Por lo tanto, poner cobre por encima y por debajo sólo tendrá un impacto modesto en la integridad de la señal. Pero ese impacto es generalmente favorable desde la perspectiva de minimizar las emisiones radiadas, según mi experiencia.