Оптимизация обратного пути сигнала с помощью развязывающих конденсаторов на двухслойной плате

Я разрабатываю довольно сложную двухслойную плату - я действительно должен выбрать 4-слойную, но это не главное. Я закончил с размещением и разводкой компонентов, и я делаю последние штрихи, такие как удостоверяюсь, что плоскости заземления покрывают большую часть платы и хорошо сшиты вместе (т.н. сетка заземления).

В некоторых областях у меня есть сигнальные дорожки (например, SPI), расположенные над заземляющим слоем, затем дорожка питания (14 В), затем еще один заземляющий слой. Я никак не могу переместить эту дорожку питания в сторону, поэтому я подумал, что могу пропустить через нее обратные токи сигнала, установив несколько развязывающих конденсаторов (100 нФ) между дорожкой питания и заземляющими плоскостями, прямо под моими сигнальными дорожками.

Вот изображение того, о чем я думаю:

Сигнал через развязывающие конденсаторы

Это хорошая идея, чтобы уменьшить площадь сигнального контура и контролировать электромагнитные помехи?

Не вижу смысла во всей этой сложности и уверен, что добавление конденсаторов увеличивает шум схемы. Цифровые сигналы, проходящие через трассу питания, не критичны, если рядом с питаемыми устройствами установлены развязывающие конденсаторы. Цифровые сигналы имеют относительно быстрые фронты и не должны сильно влиять на кривую мощности. Большинство ИС также имеют общий шумоподавитель на выводах питания, так что это не имеет большого значения. Кроме того, ваша трасса SPI перпендикулярна трассе питания, что означает, что перекрестные помехи будут минимальными.
Я не так беспокоюсь о целостности сигнала или связи между трассами, это не суть моего вопроса. Обратный путь сигнала довольно длинный и находится не прямо под сигнальными дорожками, что обычно и рекомендуется. Я помню, как читал о методе, который я пытаюсь применить в случае сигналов USB, и в некоторых примечаниях по применению рекомендуется использовать конденсаторы, чтобы обратный ток протекал как можно ближе к дорожкам сигнала на другом слое.
О, вы беспокоитесь о пути возврата по земле. Я неправильно понял вопрос. Я не уверен в этом, вы, вероятно, в конечном итоге добавите шум в трассировку мощности, верно?
Вот что мне тоже интересно. Используемые токи действительно малы, а трасса питания фильтруется рядом с каждой подключенной к ней микросхемой (шунтирующие заглушки), поэтому я не уверен, что это будет проблемой.
Но если вы сделаете это таким образом, что установит ссылку постоянного тока на местную землю GND? Вам нужна еще одна трассировка для ссылки на DC?
Ссылка GND не является проблемой, трасса питания между обеими плоскостями заземления не полностью отключает их друг от друга.
Использовать ли «сшивающие конденсаторы» (если дать обычное название) зависит от ряда факторов, но в первую очередь от скорости фронта. Какие-либо из рассматриваемых сигналов управляются очень высокоскоростными водителями?
В приведенном выше примере я говорю о шине SPI. Допустим, я использую тактовую частоту 10 МГц, поэтому ширина края, вероятно, составляет пару наносекунд. При необходимости я могу снизить скорость своего ввода-вывода.
Управляют ли эти SPI несколькими приемниками? Какое завершение вы используете на этих линиях?
На этой шине SPI есть несколько устройств. У меня есть согласующие резисторы линии (100R) рядом с выводами микроконтроллера.
@lucab Если предположить, что уровни сигнала CMOS и терминация источника, 100 нФ кажутся подходящими и, безусловно, помогут. Если драйвер на UC можно настроить, установите для него меньшую мощность привода. 4-х слойная плата на сегодняшний день является лучшим решением.
Спасибо за отзыв. Я могу снизить мощность драйвера до скорости нарастания 500 нс. В конце концов, я мог бы просто пойти на 4-слойное решение.

Ответы (1)

Вы правы в своем понимании. Обратный ток от любого сигнала будет следовать по тому же пути, что и сам сигнал, используя соседнюю землю или силовую плоскость. Если заземляющий слой поврежден, он все равно найдет путь обратно к источнику сигнала, но по более длинному и менее оптимальному пути, что может привести к более высоким излучениям и ухудшению помехоустойчивости. Является ли это проблемой в вашем проекте, зависит от многих факторов, таких как тактовая частота сигналов и, что более важно, скорость их фронтов.

Если вы считаете, что это может быть проблемой (и, вероятно, так оно и есть), то лучшим решением будет использование 4-х слойной платы или более, чтобы у вас была непрерывная земляная пластина. Используя двухслойную плату, вы можете добавить линию нулевого сопротивления 0805 или 1206, чтобы соединить две заземляющие пластины вместе в точке, где они разорваны, чтобы обеспечить текущий обратный путь.

Я так думала. Я мог бы выбрать 4-слойную плату в следующей итерации моего прототипа, но на данный момент это не совсем вариант (и соответствие EMI ​​еще не проблема). Щель, созданная дорожкой питания, слишком широка, чтобы соединить ее с нулевым сопротивлением, отсюда и мое решение с конденсатором. Я также нашел эту статью , в которой говорится, что сшивка конденсаторов неоптимальна, но жизнеспособна для частот (или скорости фронта) менее 100 МГц.
Я забыл упомянуть, что связанный выше документ напрямую соединяет две эталонные плоскости, тогда как мне пришлось бы «направлять» обратный ток сигнала через промежуточную трассу.
Я не думаю, что ваше решение с конденсаторами вызовет проблемы, я просто не думаю, что оно так же хорошо, как прямое сшивание плоскостей с 0R.
Оптимизация обратного пути сигнала с помощью развязывающих конденсаторов на двухслойной плате
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v