Ottimizza il percorso di ritorno del segnale con i condensatori di disaccoppiamento in una scheda a due strati

Sto progettando una scheda a due strati piuttosto complessa - dovrei davvero sceglierne una a 4 strati, ma non è questo il punto. Ho finito con il posizionamento e l'instradamento dei componenti e sto facendo gli ultimi ritocchi, ad esempio assicurandomi che i piani di terra coprano la maggior parte della tavola e siano ben cuciti insieme (ovvero grigliati di terra).

In alcune aree, ho tracce di segnale (ad es. SPI) disposte su un piano di massa, quindi una traccia di potenza (14 V), quindi un altro piano di massa. Non posso in alcun modo spostare questa traccia di potenza, quindi ho pensato di lasciar passare le correnti di ritorno del segnale, avendo alcuni condensatori di disaccoppiamento (100nF) tra la traccia di potenza e i piani di massa, proprio sotto le mie tracce di segnale.

Ecco un'immagine di quello che sto pensando:

È una buona idea ridurre l'area del circuito del segnale e controllare l'IME?

Non vedo il punto di tutta questa complessità e sono sicuro che l'aggiunta di condensatori aumenta il rumore del circuito. I segnali digitali che attraversano una traccia di potenza non sono critici finché si posizionano i condensatori di disaccoppiamento accanto ai dispositivi alimentati. I segnali digitali sono bordi relativamente veloci e non dovrebbero influire molto sulla traccia di potenza. La maggior parte dei circuiti integrati ha anche un rifiuto del rumore comune sui pin dell'alimentatore, quindi non è un grosso problema. Inoltre, la traccia SPI è perpendicolare alla traccia di potenza, il che significa che la diafonia sarà minima.

— lucas92,

Non sono così preoccupato per l'integrità del segnale o l'accoppiamento tra le tracce, non è questo il punto della mia domanda. Il percorso di ritorno del segnale è piuttosto lungo e non proprio sotto le tracce del segnale, che è ciò che è raccomandato di solito. Ricordo di aver letto della tecnica che sto provando ad applicare nel caso di segnali USB e alcune note applicative mi hanno consigliato di utilizzare condensatori per consentire al flusso di ritorno di scorrere il più vicino possibile alle tracce del segnale sull'altro livello.

Oh, sei preoccupato per il percorso di ritorno al suolo. Ho frainteso la domanda. Non ne sono sicuro, probabilmente finirai per aggiungere rumore alla traccia di potenza, giusto?

— lucas92,

È quello che mi chiedo anche io. Le correnti coinvolte sono davvero ridotte e la traccia di potenza viene filtrata vicino a tutti i circuiti integrati ad esso collegati (bypass caps), quindi non sono sicuro che sarà un problema.

Ma se lo fai in questo modo, cosa imposterà il riferimento DC alla terra GND locale? Hai bisogno di un'altra traccia per il riferimento DC?

— lucas92,

Hai ragione nella tua comprensione. La corrente di ritorno da qualsiasi segnale vorrà seguire lo stesso percorso del segnale stesso usando una massa o un piano di potenza adiacenti. Se il piano di massa viene rotto, troverà comunque un percorso di ritorno alla fonte del segnale, ma attraverso un percorso più lungo e meno ottimale che può comportare emissioni più elevate e immunità peggiore. Se questo è un problema nel tuo progetto dipende da molti fattori come la velocità di clock dei segnali e, soprattutto, la velocità dei loro bordi.

Se pensi che possa essere un problema (e presumibilmente lo fai), la soluzione migliore è usare una scheda a 4 o più strati in modo da avere un piano di terra ininterrotto. Usando una scheda a 2 strati è possibile aggiungere un collegamento 0805 o 1206 zero-Ohm per unire i due piani di terra nel punto in cui sono interrotti per fornire il percorso di ritorno corrente.

— Steve G
fonte

Così ho pensato. Potrei optare per una scheda a 4 strati nella prossima iterazione del mio prototipo, ma per ora non è davvero un'opzione (e la conformità EMI non è ancora un problema). Lo slot creato dalla traccia di potenza è troppo ampio per collegarlo a zero ohm, quindi la mia soluzione di condensatore. Ho anche trovato questo documento che suggerisce che la cucitura del condensatore non è ottimale ma è praticabile per frequenze (o velocità del bordo) inferiori a 100 MHz.

Ho dimenticato di menzionare che il documento sopra collegato collega direttamente due piani di riferimento mentre dovrei "instradare" la corrente di ritorno del segnale attraverso una traccia intermedia.

Non penso che la tua soluzione di condensatore causerà problemi, ma non penso che sia abbastanza buona come cucire direttamente gli aerei con 0R.

— Steve G,