Имеет ли значение плоскость заземления, даже если обратный путь сигнала не проходит через землю?

Я разрабатываю двухслойную печатную плату для клавиатуры, где большую часть места на плате занимают клавишные переключатели и светодиоды подсветки. Переключатели имеют традиционную конфигурацию матричных переключателей с диодами, а светодиоды соединены по схеме charlieplex. Таким образом, ток для переключателей и светодиодов фактически не будет возвращаться через землю.

Конечно, есть еще ARM MCU с кварцевым генератором, I2C между MCU и микросхемой светодиодной матрицы. Микроконтроллер ARM будет размещен там, где он поместится, так как плата забита переключателями и светодиодами, а это означает, что мне придется прокладывать дорожки USB от той части платы к задней части, где будет разъем.

Моя первоначальная идея заключалась в том, чтобы иметь как можно больше сигнальных трасс вверху и заливку/плоскость земли внизу. Затем я бы совершал короткие прыжки на нижний слой только там, где это необходимо, чтобы сохранить плоскость земли как можно более непрерывной. Однако, поскольку это переключатель и светодиодная матрица, дорожки, пересекающиеся друг с другом, неотъемлемы от конструкции. Если бы я мог использовать оба слоя для матрицы, это значительно уменьшило бы количество необходимых переходных отверстий и упростило разводку.

Итак, вопрос в том, есть ли какие-либо недостатки в ограничении заземляющего слоя только областью вокруг микроконтроллера и чипа контроллера светодиодной матрицы? Как я уже говорил выше, ни один из обратных путей матрицы не проходит через землю. Какова цель земли в матричной части?

Кроме того, поскольку USB должен быть проложен от MCU сзади, должен ли я просто поставить широкую «полосу заземления» под линии USB? Насколько это будет широко?

Конечно... Я мог бы также перейти на 4-слойную плату, и все это было бы решено, но это звучит слишком для простой клавиатуры.

Я бы выбрал 4-слойную плату.
@Andyaka Любая конкретная причина?
Обоснуйте, почему четыре слоя были бы излишними.
Какую помеховую среду должен выдерживать ваш продукт? большой мотор на 0,1 метр, со злыми искрами от коллектора мотора? мобильный телефон на расстоянии 0,1 метра, где все ваши длинные дорожки на печатной плате являются антеннами для выхода передатчика мобильного телефона?
@analogsystemsrf Домашняя обстановка, так что злые искры маловероятны, мобильный телефон весьма вероятен.
@Andyaka Andyaka Я на самом деле недостаточно опытен, чтобы вносить какой-либо вклад, поэтому я думал в основном о том, что, вероятно, смогу заставить его работать на двух слоях, так как это будет дешевле. Тем не менее, я хотел бы услышать ваши аргументы в пользу перехода на 4-слойную плату. Я здесь, чтобы учиться.

Ответы (2)

Я не вижу необходимости в заземлении в области матрицы. Это может послужить какой-то цели для снижения шума, но, скорее всего, ощутимой разницы нет.

Полоса под USB, пожалуй, лучшее, что можно сделать в вашем случае. Сделайте его хотя бы на одну ширину трассы шире, чем разностная пара, чем шире, тем лучше.

4 слоя были бы лучшим выбором, но если вам нужно сэкономить эти копейки, вы можете заставить его работать с 2 слоями.

С ценами на 4-слойные доски в наши дни у меня возникает соблазн просто пойти с этим, поскольку я никогда раньше этого не делал, это может быть интересно.
Да, 4 слоя настолько дешевы, что вам нужны действительно большие объемы, чтобы оправдать 2 слоя.

В действительно дешевой электронике используется однослойная плата и проволочные перемычки на верхней стороне. Иногда на таких платах также используются проводящие чернила для таких вещей, как контакты кнопок. Подумайте: пульты дистанционного управления, игрушки, блоки питания и да, клавиатуры.

Вы можете разбить дизайн на большую плату как 1-слойную и маленькую 4-слойную для MCU.