Разделение силовых плоскостей на печатной плате

Я поддерживаю совет использовать один заземляющий слой. Очень сложно получить правильно разделенную заземляющую плоскость. В большинстве ситуаций непрерывная заземляющая пластина будет работать так же хорошо, если она спроектирована правильно. Правильно в основном означает, что цифровые сигналы и их обратные пути хранятся отдельно от аналоговых сигналов и их обратных путей. Один из способов подумать об этом — спроектировать так, как если бы вы собирались использовать разделенную заземляющую плоскость: обозначить аналоговые и цифровые области, а трассы не позволяют пересекать границу без жесткой фильтрации, а затем просто пренебречь разделением.

Разделение слоев питания — хорошая идея, особенно на 4-слойной плате. Постарайтесь расположить вашу печатную плату так, чтобы различные шины питания могли быть хорошими смежными областями. Сначала сконцентрируйтесь на шинах с самой высокой частотой, наибольшим током и самым низким напряжением — например, напряжения логики ядра ЦП и ПЛИС. Затем любая шина питания, которая питает большое количество недифференциальных входов/выходов. Это источники питания, которым требуется особенно низкая индуктивность. Для менее критичных шин, таких как источники питания на операционных усилителях или низкоскоростная цифровая логика, вы можете просто запустить трассировку для источника питания.

Еще одна вещь, которую следует иметь в виду, это то, что в 4-слойном стеке, подобном этому, сигналы с одной стороны будут относиться к плоскости питания, а не к плоскости земли. Это означает несколько вещей. Во-первых, если у вас есть шум на плоскости питания, сигналы, относящиеся к нему, увидят этот шум. Во-вторых, если вы разделите свою силовую плоскость, как было предложено, любые трассы, пересекающие разрыв, не будут иметь подходящего обратного пути. Если возможно, избегайте пересекающихся разрывов в плоскости, но если необходимо, используйте шунтирующие конденсаторы. Особым случаем этой проблемы является то, что если вы используете переходное отверстие для перехода от верхнего к нижнему слою, ваша опорная плоскость меняется с земли на мощность. Любые сигнальные переходы, подобные этому, нуждаются в блокировочном конденсаторе как можно ближе.

В некоторых случаях я использовал 4-слойную печатную плату с обеими внутренними плоскостями, предназначенными для заземления, и запускал питание как дорожки. Это не сработает для многих приложений, но это была аналоговая плата низкой плотности, и она прекрасно работала. Я также использовал непрерывную землю + разделенную плоскость питания, но в одной области поместил вторую землю на слой питания для размещения аналоговых сигналов, привязанных к земле.

Преимущество наличия двух заземляющих плоскостей заключается в том, что, когда ваш сигнал проходит через переходное отверстие, ссылка заземлена с обеих сторон. Вам по-прежнему необходимо обеспечить путь для обратного тока, но это может быть сквозной, а не обходной конденсатор.

Надеемся, что когда вы разместите свои компоненты, они будут организованы в логические группы на основе уровней напряжения, например, микроконтроллер с некоторыми окружающими его развязывающими колпачками и периферийными устройствами будет сгруппирован вместе, а другая схема, работающая на другом уровне напряжения, будет сгруппирована вместе в другой области. и так далее. Когда это будет сделано, будет проще определить области, в которых доминирует определенная шина напряжения, и вы разделите эту область на плоскости питания.

То, как вы это сделаете, зависит от вашего инструмента, но, например, в Altium вы должны начать со сплошной плоскости (не слоя, который начинается пустым, и вы добавляете медные дорожки и другие элементы, а плоскости, которая начинается как сплошная медь, и когда элементы добавляются медь удалена), и вы добавили бы линии, чтобы изолировать различные разделы. Затем вам нужно каким-то образом запитать эти разделенные плоскости, используя переходные отверстия от источников напряжения. Возможно, разделенная плоскость проходит под регулятором, питающим эту рейку, или вы могли бы внести след в эту область.

Вот пример того, как это может выглядеть: пример разделения плоскости

При этом будьте осторожны, чтобы не перекрыть плоские области большим количеством переходных отверстий.