Corrientes de retorno para dos tableros laterales y preguntas de corriente de retorno

Question

Tengo algunas preguntas que son no estoy seguro:

He diseñado una placa que tiene el clásico diseño de PCB de 2 caras. La frecuencia no es un gran problema para mí, pero con ESD mi CPU se reinicia sola. (Reloj de la CPU 20 Mhz, y algunas líneas de transferencia de datos a 10 Mhz, 2Mhz, 400 Khz)

1. ¿Cómo funciona la corriente de retorno en las placas de circuito impreso de dos caras? Todo está bien para un PCB de 4 capas con un GND o Pwr sólido, pero ¿cómo puedo diseñarlo para un PCB de dos caras para evitar la formación de EMI de las corrientes de retorno?

2. Si utilizo condensadores de desacoplamiento smd 0603 en lugar de condensadores de desacoplamiento smd 0805, ¿hay alguna diferencia?

3. No pude entender algo con esta imagen para devolver las corrientes. Se trata de un diseño de señal/contrafuerza/contrafuerza/contrafuerza/contrafuerza. El punto que no pude entender qué significa decir "Corriente de retorno en la superficie superior de la capa" o "Corriente de retorno en la superficie inferior de la capa". ¿No es el mismo lugar, la superficie de lleno de GND?

De hecho, no pude entender la capa2 y la capa3. ¿Qué superficie tiene llena de Gnd o Pwr/Gnd? (lo siento por esta pregunta fácil.) ¿Y cómo va la corriente desde la superficie inferior de la capa2 a la superficie superior de la capa2? Puedo ver que la corriente va de la capa3 a la capa2 por la vía. ¿Pero cómo viaja entre las superficies?

Edición 1

Mi PCB es complejo para el diseño de una cara. También tengo que utilizar el lado 2, por lo que no puedo asignar un lado para la tierra sólida. Quiero aprender sobre estas corrientes de retorno. Tengo algunas trazas de datos que manejarán las transferencias a 16 Mhz. ¿Cómo puedo diseñar los caminos de retorno para estos? ¿Debo preocuparme por ellas? ¿Cuál es el diseño perfecto para mi placa de dos caras para estas corrientes de retorno? Como he dicho, no puedo asignar todo el lado para la tierra. ¿Y cuál es el diseño perfecto para mi GND y VCC? ¿Enormes trozos de GND bajo las trazas de datos de alta velocidad o sólo trazas de GND? De hecho, no estoy seguro de cómo diseñar Vcc y GND para lo mejor.

Edición 2

Este es el diseño de mi PCB. Creo que tiene errores de diseño. ¿Cuáles son estos, en su opinión? La roja es la capa superior, la azul es la inferior.

He censurado algunas partes con amarillo. Así que no te preocupes por ellas. Gracias por la ayuda.

Answer 1

1.- La conexión a tierra para PCB de 2 capas es un punto realmente difícil. Si no puedes usar la capa inferior para un plano de GND, tienes que usar una rejilla de tierra. Con esta técnica se quiere crear una rejilla de tierra en la capa inferior. Funcionará como un plano de tierra. Es una técnica difícil de explicar en este post.

2- Depende pero es probable que el condensador 0603 tenga una ESR más baja y un ESL más bajo.

3- Hay que tener en cuenta el "efecto piel" para la alta frecuencia. En estas frecuencias la corriente fluye sólo en la superficie del conductor. Es por eso que se puede considerar el "lado inferior (o el lado superior) de la tercera capa" o el "lado superior (o el lado inferior) de la segunda capa". Es una forma de hablar desordenada.

En cuanto a la imagen a la que se refiere. Probablemente la segunda capa es tierra y la tercera capa es una potencia, pero no lo sabemos. Sabemos que son planos y la corriente de retorno fluye en el plano más cercano, independientemente de que sea tierra o potencia.

Si lo prefieres, puedes simplificar la imagen con esto:

corriente de retorno en la superficie superior de la capa 2 = corriente de retorno en la capa 2 corriente de retorno en la superficie inferior de la capa 3 = corriente de retorno en la capa 3

Answer 2

Lo que digo a continuación no tiene en cuenta fenómenos como que una capa plana de cobre de PCB transmita RF, es decir, que sea una antena de parche. Esa es otra historia...

Haz tu placa de 2 capas con un plano de tierra conectado a 0V en el lado no componente. Esto reducirá drásticamente los problemas de reinicio de los chips porque el condensador de reinicio de la CPU (suponiendo que tenga uno) se mantendrá firmemente en el mismo potencial de 0V es su CPU (ejemplo). La ESD puede no producir grandes corrientes pero puede generar voltajes de "tierra" en las pistas que son de varios cientos de milivoltios. Esto se debe a que la pista tiene inductancia. Un plano de tierra es la resistencia más baja y la inductancia más baja 0V que puede producir en una placa de circuito.

El 0603 frente al 0805 no será un problema en tu diseño, pero puede serlo en circuitos de RF de muy alta frecuencia. Un tapón más grande tendrá más autoinductancia, por ejemplo.

La corriente de señal de retorno siempre aprovechará el camino de menor inductancia/resistencia que esté disponible para ella y eso significa que refleja la corriente de señal de avance en el plano de tierra, por lo que el bucle de inductancia de las corrientes de avance y retorno es mínimo - la inductancia tiene que ver con la forma y el área - cuanto menor sea el área, menor será la inductancia.