Двошарова конструкція друкованої плати, за допомогою технології отворів та площини заземлення

Я розробляю компонування друкованої плати для аудіоприкладних програм (немає цифрової електроніки, лише аналогова).

Всі компоненти проходять через отвір, друкована плата досить велика (близько 16 см х 10 см) і має 2 шари. Покриття через отвір підтримується технологією, яку я використовую. Схема має подвійне живлення.

Яке (і чому) з наведеного нижче є найкращим рішенням для маршрутизації сигналів, каналів живлення та землі?

• Верхній шар: земляна площина; Шар BOTTOM: сигнали та лінії живлення;
• Верхній шар: сигнали та лінії електроживлення: шар BOTTOM: площина заземлення;
• ТОП-шар: земляна лінія та лінії живлення; Шар BOTTOM: сигнали;
• Верхній шар: сигнали; Шар BOTTOM: земляна лінія та лінії живлення;

Я думаю, що всі ці інші відповіді надто ускладнюють питання. Конструкції наскрізних отворів є законними у багатьох випадках, так само, як і двошарові дошки.

Я рекомендую використовувати земну площину та площину сигналу / потужності, якщо у вас немає причин цього не робити. Цей метод дизайну перевірений і справжній, і я не бачу причин, щоб не використовувати його. Я думаю, що насправді не важливо, на яку сторону ти ставиш сигнали.

Вам потрібно буде виконати кілька перемичок у площині основи, але це не спричинить жодних проблем, якщо уникнути великих порізів. Я зробив швидке і жахливе зображення фарбою, щоб проілюструвати:

Як згадував Ніл, ваші шляхи повернення на землю мають значення, ви не повинні вважати їх закінченими, коли вони входять у земну площину.

Я б рекомендував один із методів, який ви не згадали.

Взагалі, будь-який довільний поділ просторів на владу, землю, сигнали буде доставляти вам певне горе, тому що їх не потрібно розділяти так, ані достатньо, щоб отримати хороший результат.

Якби плата була «складною», тому змішані аналоговий / цифровий, високошвидкісні сигнали, високі струми, SMPS, було б користь починати з повної площини заземлення. Але цього недостатньо, вам потрібно знати, куди в ньому течуть зворотні струми, адже ви все одно можете стріляти собі в ногу навіть земною площиною.

Я б рекомендував манхеттенський макет, з сітчастим ґрунтом.

Велика перевага Манхеттену полягає в тому, що ви завжди можете знайти маршрут для своєї доріжки. Вам ніколи не доведеться йти на компроміс і приймати сигнал проникливий маршрут подалі від його зворотного шляху, або вирізати основну площину, щоб проникнути доріжку, знищивши її цілісність.

Маршрут на Манхеттені передбачає виділення одного шару для сполучень Північ-Південь, а іншого шару для сполучень Схід-Захід. Тепер ви завжди можете дістатися від А до Б, як правило, через один, і вам ніколи не доведеться замислюватися про те, як можна перейти трек.

Тепер у вас є системний спосіб прокласти маршрут, почніть з сітчастої землі. На один шар кладіть доріжку кожні 20 мм або близько того, в стовпчики. На іншому шарі те саме зробіть рядами. Через них разом на кожному перехресті. Тепер у вас є земля, яка майже так само хороша, як і літак, і набагато корисніша, тому що обидва шари все ще доступні для маршрутизації всіх ваших сил і сигналів. Перемістіть наземні доріжки навколо, щоб всім чином розмістити свої ІМС, але не пересувайте їх занадто далеко один від одного.

Постскрипт - площина заземлення порівняно з сіткою.

У мене були цікаві коментарі від Умберто, Скотта та Оліна, які підказують, що я не зовсім зрозумів свою точку зору. Я, можливо, уточню, що вище, документуючи свої міркування нижче.

Зараз я вийшов на пенсію, і після повного навчання наставництву молодших інженерів, однією з найбільших проблем, з якою вони стикаються, є погана конструкція на дошці літака. Вони, здається, думають, що наземний літак "подбає про всі ті ізоляційні речі", і вони перестають думати. Як результат, вони спрацьовують великими струмами минулого чутливих входів і в іншому випадку не помічають наслідків зворотних струмів.

Для того, щоб допомогти їм налагодити ці дошки, я знімаю площину заземлення і змушую їх розглядати всі зворотні струми як дискретні потоки в окремих слідах. Як тільки винуватець буде знайдений, і планування виправлено, землю можна відновити.

На 4-шаровій дошці достатньо місця, щоб присвятити її твердому ґрунту. На двошаровій дошці є премія за маршрутизацію місця. Ось чому Манхеттен, який дає систематичний спосіб прокласти будь-яку доріжку від А до В, настільки корисний. Якщо ви виділите один із 2-х шарів грунту, будь-який нетривіальний макет призведе до того, що один або два (або кілька, ей, це лише ще один) треки розрізають землю, руйнуючи її цілісність.

Без площини заземлення наступна найкраща річ - сітчаста земля. Це гнучко, ви можете збільшити кількість наземних доріжок, де вам потрібно. Він повністю сумісний з маршрутами на Манхеттені. Коли ви закінчили макет, у всякому разі залийте землею мідь. Ви отримаєте щось краще, ніж рубаний земляний літак, тому що ви змогли подумати про всі ті зворотні струми, на які ви могли б інакше сподіватися, що це буде добре.

Хороший дизайн дошки - це майже стільки ж мистецтво, скільки і наука. Ви не можете навчити художників творити, ви не можете навчити інженерів «відчувати» те, куди прямуватимуть струми, поки вони «не дістануть». Проектування без наземної площини - один із способів прискорити процес «отримання цього».

Всі компоненти проходять через отвір

З цієї причини я б лише розглядав можливість використання ґрунтової площини на дні, щоб компоненти можна було монтувати, не переживаючи про те, чи можуть тіло контактувати з меленою землею.

З огляду на те, що це поле для гітарних ефектів з потенційно великою кількістю вібрацій та руху за рахунок кнопок та елементів керування, які керуються ногою, я б також розглядав, як сигнали направляються під компетенти, щоб уникнути проблеми, згаданої в моєму першому пункті.

Але, чому обмежувати себе на два шари - повністю зніміть сигнальні доріжки з верхнього шару та використовуйте 4-шарову дошку. Вартість не буде набагато більше, а душевний спокій - це добра річ.

Жодна із запропонованих вами макетів не є хорошою. Краща схема, ніж будь-яка згадана вами, - використовувати частини SMD. Це має ряд переваг:

1. Наявний набагато ширший асортимент деталей.

2. Ті ж деталі будуть дешевшими.

3. Знадобиться набагато менше клопоту і часу, щоб спаяти деталі на дошці.

4. Це залишає вам більше гнучкості для маршрутизації.

На двошарову дошку покладіть деталі зверху. Використовуйте верхній шар для стільки взаємозв'язків, скільки можете. Зарезервуйте нижній шар як заземлення і використовуйте його лише для коротких «перемичок» інших сигналів.

Тримайте ці перемички один від одного, щоб струми заземлення могли протікати навколо кожного окремо. Ви хочете мінімізувати максимальний розмір будь-якого отвору в площині заземлення, а не кількість отворів. По-іншому, багато маленьких дисперсійних збоїв є кращими, ніж один великий перелом.

Зробіть всі наземні з'єднання з окремими вітринами прямо на кожному штирі, який потрібно підключити до землі. Це робить кожне заземлення з'єднанням міцним, а також мінімізує заземлення, що перешкоджають маршрутизації інших слідів.

Звичайно, ви все ще повинні звернути увагу на маршрутизацію слідів сигналу. Аудіо - це те, щоб високе співвідношення сигнал / шум було високим. Наприклад, не слід підсилювати вихідні сліди поблизу чутливих вхідних слідів.

Для отримання додаткової інформації дивіться цю відповідь.

Якщо вам цікаво наземні літаки, вам доведеться забути наскрізну яму! Виділяючи шари заземлення та потужності, все полягає в підтримці шляхів низького опору для всіх струмів. Компоненти наскрізного отвору мають набагато додатковий опір саме від їх об'ємних розмірів та їх проводів.

Якщо ви хочете дотримуватися наскрізного отвору, я рекомендую дошку, яка приблизно схожа на схематичну. Використовуйте ділянки землі як в середині верхнього, так і в нижньому шарі. Використовуйте довгі кромки для V + і V- шляхів. Створіть «мідні пальці» від землі до V + / V- або навпаки, щоб врахувати радіальні компоненти. Якщо ваша схема підсилювача потребує трьох або чотирьох напруг, використовуйте верхній шар для однієї пари напруги, а задній шар для іншого.

Також пам’ятайте, що з точки зору змінного струму V +, V- та GND - це однаково. Так само важливо мати низький імпеданс V + і V-, як GND.

Нижня заливка ґрунту є безперервною, де V + / V- пальці розбивають верхній, і навпаки. Використовуйте флакони компонента THT для з'єднання двох залишків GND. Таким чином ви даєте наскрізним отворам причину існування. Використовуйте додаткові візи, якщо потрібно.

Це якраз протилежне дизайну плати, необхідної цифровій схемі. Тепер уявіть собі головні болі від створення плати зі змішаним сигналом.