PCB segnale misto, 2 o 4 strati?

Attualmente sto progettando un PCB a segnale misto per un cliente e ho letto molto sull'integrità del segnale e la maggior parte dei libri raccomanda una scheda a 4 strati (o più) a causa della resistenza al rumore di avere un piano di massa solido e percorso ridotto.

La scheda in questione ha due ADC a 16 bit e due DAC a 16 bit con amplificatori operazionali nella sezione analogica, un microcontrollore con alcuni cambi di livello e mosfet nella sezione digitale e due convertitori DC / DC e un regolatore LDO in potenza sezione. Lo spazio non è molto un vincolo, ma avere una risoluzione elevata e un basso rumore nella sezione analogica è importante. C'è un I2C e un bus SPI tra la sezione digitale e il bordo della sezione analogica, che funzionano a meno di 10 MHz.

Per quanto riguarda il routing, posso completamente fare questa scheda in 2 strati. Noterò davvero un'enorme differenza nell'integrità del segnale con una scheda a 4 strati e un piano di terra dedicato? Vale il costo extra? Mi sto sporgendo verso il 4 ma mi piacerebbe sentire le tue opinioni.

Grazie in anticipo ragazzi.

prima permettimi di dire chiaramente la mia risposta. Una scheda a quattro strati offre prestazioni migliori. La differenza non è netta per tutte le schede, ma la scheda a quattro strati ti consentirà di instradare segnale, potenza e terra, direttamente l'uno sull'altro in una varietà più ampia di modi. Mantenere il terreno direttamente sotto il piano di alimentazione ridurrà la diafonia per le linee di prossimità vicine e ridurrà il rumore consentendo scelte di routing complessivamente migliori. Con quattro strati, la terra a punto singolo è un'impresa ottenibile senza tagliare anche il piano di terra in due. In sostanza, se la soluzione a due strati richiede il taglio attraverso il piano terra, si stanno creando due piani terra collegati da due punti. Ciò consente un loop di corrente, causando rumore e ciò può essere aggravato dai differenziali di temperatura, dall'elettronica nelle vicinanze, ecc. Non sono sicuro del caso d'uso di questo dispositivo, ma la temperatura, la vicina EMI e le frequenze operative giocheranno tutte. Se si tratta di un progetto a velocità semi-alta, allora un quattro strati salverà sicuramente l'integrità di quelle linee di segnale. Molto di questo si riduce alla risoluzione di cui hai bisogno da quegli ADC. Se hai davvero bisogno di 16 bit, direi che ne vale la pena un aumento delle prestazioni del 5% da una scheda a quattro strati.

Un ottimo riferimento da cui traggo le mie linee guida di progettazione è ... http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf

Saluti

Se puoi eseguire la maggior parte del tuo routing sullo strato superiore e avere sezioni del piano di terra prevalentemente solide sullo strato inferiore, direi che probabilmente una scheda a due strati dovrebbe funzionare per te. Una delle persone davvero fantastiche che ho incontrato nel corso degli anni - Dave Vanhorn - esegue regolarmente schede veloci e ad alta densità su schede a due strati e tutti i suoi prodotti superano senza problemi i test di conformità delle emissioni. Ma è un vero maestro di quell'arte mentre molti non lo sono.

Indipendentemente da ciò, la tua scheda sembra abbastanza semplice. Suddividere lo strato del piano di massa inferiore in sezioni per ciascun blocco di circuiti: analogico e digitale e assicurarsi di sapere dove fluiscono le correnti di ritorno.

Di solito va bene fare delle piccole interruzioni nel piano terra dove è necessario incrociare una traccia. Ma quelle rotture sono piccole e completamente racchiuse in rame, esponendo solo la breve traccia che va sotto la traccia del lato superiore.

Sembra che il regolatore che alimenta i circuiti analogici sia nella sezione di potenza, dovresti spostarlo nella sezione analogica, quindi il suo pin di riferimento GND si trova sul GND analogico. In questo modo, la sua uscita è riferita a GND analogico, non a GND rumoroso vicino agli switcher.

Ora, per la tua domanda 2 contro 4, l'uso di 4 livelli ridurrà la difficoltà di creare un layout molto buono, quindi ridurrà la probabilità di fare un errore. Se un errore significa una risposta, allora dovresti valutare il costo e i ritardi di una possibile risposta rispetto al costo aggiuntivo di 4 strati.