Я разрабатываю печатную плату, которая управляет 4 двигателями (пик 400 мА) с H-мостами, устройством проверки счетов (используя UART для связи) и управляет 4 светодиодами, используя 12 В постоянного тока.
На моей мощности 5V у меня есть микроконтроллер, 4 аналоговых датчика тока (для двигателей). У меня есть 1 UART RS-232 (9600 бод), 1 UART TTL (9600 бод), 2 I2C (100 кГц), 8 входов/выходов для свободного использования (только с подтяжками) и 8 входов с подтяжками и байпас для коммутаторов.
Я только что решил использовать 4-слойную печатную плату, используя следующий стек:
Компоненты расположены только на верхнем слое.
Однако я не уверен в плоскости POWER и в том, как я могу разместить сигналы, поэтому у меня есть несколько вопросов:
Должен ли я использовать одну и ту же плоскость POWER для 12 В и 5 В? Как я могу разделить силовую плоскость? 12В и 5В поступают от разных источников питания, но имеют одинаковую землю.
Как разделить сигналы? Должен ли я использовать верхний уровень для сигналов связи и аналоговых сигналов, а нижний уровень — для входов, сигналов ввода-вывода и сигналов H-моста? Я не знаю, как я могу разделить сигналы на 2 слоя.
Во-первых, сигналы
Нет особого смысла пытаться разделить сигналы, назначая им слои в зависимости от их типа. Тот факт, что у вас есть два слоя для сигналов, позволяет вам делать пересечения. Например, если у вас много цифровых сигналов, вам нужно два слоя для их эффективной маршрутизации. Итак, используйте оба сигнальных слоя для всех видов сигналов.
Однако имеет смысл разделить схему на блоки разного типа (мощные, цифровые, аналоговые и т. д.) и поместить их в разные области печатной платы, чтобы свести к минимуму помехи между чувствительными блоками (например, поместить чувствительные к шуму блоки). аналоговые сигналы вдали от переключающих регуляторов, ...). Также выберите расположение всех этих блоков, чтобы свести к минимуму длину трасс между блоками.
Теперь силовые самолеты
Используете ли вы один и тот же слой для 5 В и 12 В (с разделенной плоскостью) или используете один из сигнальных слоев, чтобы иметь их на разных слоях, не так важно. Однако есть одно важное правило: избегайте сигналов, которые пересекают плоскость разделения (особенно высокоскоростных сигналов): это может создать нежелательные электромагнитные помехи.
Проверьте, что имеет смысл в вашем конкретном случае: если 12 В используются только в тех частях схемы, которые не используют 5 В, используйте разделенную плоскость. Если 12 В используется только на нескольких узлах, но в частях схемы, которые также широко используют 5 В, используйте всю плоскость питания для 5 В и направьте дополнительные необходимые 12-вольтовые дорожки на сигнальный уровень (вам даже не нужно использовать самолет, правда).
Единственное, если вы используете весь силовой слой как плоскость 5В и имеете большую часть сигнального слоя поверх него с дополнительной плоскостью 12В, между ними будет емкость. Таким образом, если есть шум на одном из источников питания, он может возникнуть на другом. Так что, возможно, избегайте этого.
Мое чувство
Ваш дизайн не кажется очень чувствительным. Я не вижу очень высокоскоростных сигналов, вы не упомянули импульсные регуляторы, ... Так что на самом деле, что угодно. Просто следуйте своей интуиции и логике, чтобы сделать выбор (минимизируйте длину трасс, эффективно организуйте блоки и т. д.), и все будет хорошо. И, возможно, Роджер Роуленд прав в своем комментарии: двух слоев наверняка будет достаточно. Вы предположили, что 4 слоя обеспечивают «лучшее заземление», но нет смысла делать заземление «лучше» (что бы это ни значило), чем требуется, особенно если оно стоит в 4 раза дороже. Тщательная компоновка с сеткой плоскостей на двух слоях наверняка обеспечит достаточно хорошую основу в вашем случае.
Вот документ от TI, в котором даны полезные советы (и, в частности, пояснения по наземной сетке в главе 2.2.3).
Роджер Роуленд
Матеус Соарес
Преподобный