Multicapa PCB con múltiples voltajes diferentes

Question

Actualmente estoy creando una PCB de 6 capas. Tengo múltiples voltajes como 3.3V, 5V, 12-14V y 48V. Ahora estoy trabajando en la disposición de capas para empezar con el trazado.

¿Debería colocar múltiples planos de alimentación para los diferentes voltajes?

¿Sería posible hacer una capa de alimentación y varias capas de GND y señal, luego trazar algunos de los trazados de alimentación en una de las capas de señal?

Answer 1

Un plano de potencia para cada voltaje probablemente daría buenos resultados sin tener que pensar mucho en lo que haces. Pero dudo que puedas colocar 4 planos de voltaje + todos los planos de tierra + planos de señal en solo 6 capas. Así que si no te importa el dinero, simplemente aumenta el número de capas para dar a cada voltaje su propio plano.

Si el costo del PCB es importante para ti (más que el tiempo extra necesario para diseñarlo), entonces probablemente puedas reducir un poco el número de planos requeridos para la alimentación :

• por ejemplo, si los 12-14V son tu voltaje de entrada, y no se utilizan para otra cosa que no sea generar otros voltajes, entonces puedes hacer simplemente un plano pequeño/un gran rastro para llegar a tus convertidores
• si se necesitan 2 voltajes para áreas no superpuestas del PCB (lo que podría requerir cambiar la ubicación de los componentes), entonces ambos pueden tener sus planos en la misma capa. Por ejemplo, tu 48V puede ser solo para alguna interfaz, por lo que podría ser posible ponerlo en la misma capa que el 3.3V o el 5V.
• a veces, puedes colocar 2 planos en la misma capa utilizando una forma de U para el exterior y el interior para el segundo (y cortos "dedos" de uno penetrando en el otro cuando sea necesario).
• a veces, puedes arreglártelas solo utilizando pistas para los voltajes. Probablemente funcionará bien para dispositivos de corriente baja y (casi) constante que no requieran un voltaje muy preciso/estable. Si tienes corrientes altas que cambian rápidamente (por ejemplo : PWM de alta frecuencia para un motor), entonces probablemente sea una mala idea.

Answer 2

Piensa en dónde necesitas cada voltaje. Apuesto a que no necesitas todos en todas partes para empezar, o los componentes pueden ser dispuestos con poco efecto en otras restricciones, para hacer regiones exclusivas donde cada uno sea necesario.

Considera el tamaño (número relativo de pines) de cada red. Las más numerosas probablemente sean más generalizadas (distribuidas uniformemente sobre la placa), también. Estas son buenas candidatas para planos en toda la placa, o de hecho el plano de referencia (GND en sí mismo).

De todas formas es una buena idea, separar las redes de voltaje / potencia más altos, ya que las transitorias/ruidos serán peores alrededor de ellas, y la generación de calor. Estas se pueden mantener separadas de las secciones de señal/control de bajo nivel.

Teniendo en cuenta estos puntos, es posible que ni siquiera necesites más 6 capas. Generalmente, 6 capas solo son necesarias para componentes muy densos como BGAs, corrientes altas particularmente con alta complejidad (más capas = más cobre en total; con la densidad suficiente de componentes, paso fino, o número de conexiones, que una construcción de 2 o 4 capas más pesada no sea práctica), o ocasionalmente para construcciones densas de otro modo (quizás con vías ciegas / enterradas o incluso HDI para permitir que componentes/pads se superpongan).

Answer 3

No hay una regla universal para saber cuándo utilizar un plano de alimentación en lugar de una pista. Aquí hay algunas situaciones en las que podría considerar utilizar un plano de alimentación:

• Grandes corrientes pasando a través de la placa: las pistas estrechas pueden causar una caída de voltaje inaceptable o sobrecalentamiento.
• Corrientes de conmutación: las pistas estrechas pueden tener demasiada inductancia.
• Disipación de calor: un plano de alimentación ayuda a alejar el calor de los componentes calientes.
• Muchos componentes compartiendo el mismo riel de voltaje: un plano puede reducir la complejidad de enrutamiento.

El inconveniente es que los planos de alimentación consumen una gran cantidad de cobre disponible para enrutamiento. Una solución es utilizar planos divididos (planos uno al lado del otro en la misma capa con un espacio entre ellos).

Para señales de alta velocidad hay algunas configuraciones de apilamiento de planos de alimentación que son perjudiciales en términos de EMI. La siguiente presentación es de Rick Hartley sobre "Cómo lograr un aterrizaje adecuado", que también aborda problemas con los planos de alimentación:

https://www.youtube.com/watch?v=ySuUZEjARPY

Vea de 1:45:19 a 1:50:54 para una discusión de placas de seis capas.

Answer 4

Diseño placas de tamaño moderado (10" x 8") con múltiples rieles en ellas. Por lo general, 24, 12, 5, 3.3 y otro riel especial. Es bastante sencillo poner todas tus planos de energía en una capa siempre y cuando puedas controlar la ubicación de los componentes. En mis placas están controlando motores paso a paso, solenoides, sensores, etc. Alrededor del borde, aproximadamente 0.1" de ancho es tierra del chasis. Esto está separado de todo lo demás por 20mil o 40mil. Luego en una forma de gran 'U' va el riel de 24V ya que todos los dispositivos de 24V suelen estar en el exterior, controlando sistemas externos. Luego hacia adentro está el 12V y el 5V. Finalmente, la sección central es toda de 3.3V ya que allí es donde se encuentra el microcontrolador y la circuitería de baja tensión. Un par de puntos clave: a. Piensa en la ruta de alimentación de energía al hacer la planificación inicial del diseño b. No hagas que ningún plano sea un anillo completo - deja una abertura en un lado para minimizar los lazos de corriente c. Ten en cuenta que ocasionalmente necesitarás usar pistas para llevar una señal de energía al plano donde necesita ir d. Si la fuente y el sumidero de un riel están lejos, asegúrate de usar suficiente capacitancia de desacoplamiento.