Pourquoi un avion au sol cassé n'est-il pas aussi efficace qu'un avion ininterrompu?

J'ai fait une planche à deux couches il y a quelques semaines qui avait un plan de sol dédié. J'ai acheminé 90% des signaux sur la couche supérieure et pour les 10% restants, j'ai dû les acheminer à travers le plan inférieur (sol).

On m'a dit que, généralement, c'est une mauvaise pratique d'avoir un plan de sol cassé car il n'est pas aussi efficace qu'un plan solide. Pourquoi cela est-il ainsi?

Est-ce que cela s'applique également aux avions électriques? Dois-je acheminer les signaux uniquement via mon avion Vcc en dernier recours? Qu'est-ce que je sacrifie si je le fais?

Pensez aux courants à haute fréquence qui traversent le plan du sol.

Aux basses fréquences, le courant suit le chemin de moindre résistance (littéralement). Une île dans le plan au sol n'est pas vraiment un problème en termes de résistance. Il y a encore beaucoup de cuivre de chaque côté de l'île pour que le courant puisse circuler autour d'elle avec peu de chute de tension.

Cependant, les choses semblent différentes aux hautes fréquences. Les courants de retour à haute fréquence dans le plan du sol ont tendance à suivre le même chemin que les courants directs sur les autres couches. Il s'agit d'une propriété utile car elle minimise la surface totale de la boucle de courant, et de ce fait elle rayonne moins et la boucle est également moins sensible au rayonnement entrant. Des îlots dans le plan du sol forcent les courants à les contourner, ce qui peut augmenter considérablement la zone de boucle des courants à haute fréquence. En regardant cette autre façon, vous pouvez penser aux conducteurs de la couche supérieure comme formant une ligne de transmission avec le plan de masse. L'îlot brise cette ligne de transmission, ce qui augmente l'impédance, ce qui augmente la chute de tension à travers le plan de masse.

Un autre effet est ce que l'on appelle une "antenne à fente". C'est l'inverse d'un dipôle, mais se comporte comme un dipôle pour rayonner et recevoir. Si vous avez un courant haute fréquence sur toute la longueur d'une feuille conductrice, puis coupez une fente dans cette feuille perpendiculairement au flux de courant, vous avez une antenne à fente. C'est une des raisons pour lesquelles les trous de circulation d'air dans le châssis métallique sont généralement un tas de trous, pas des fentes ou des grandes ouvertures simples.

Sur une carte à deux couches, vous devez généralement acheminer certains des signaux sur la couche inférieure. Mais, vous voulez laisser la couche inférieure un plan de masse dans la mesure du possible. D'après l'analyse ci-dessus, vous pouvez voir que plus de petites îles valent mieux que quelques grandes îles. La mesure que vous souhaitez viser est de minimiser la dimension maximale de n'importe quelle île.

J'utilise souvent Eagle et son routeur automatique pour de telles choses. Dans les premières passes de routage, j'ai fixé les coûts juste pour trouver une solution de routage. Dans les passages ultérieurs, je suppose qu'une solution a été trouvée et doit maintenant être optimisée pour minimiser les dommages au plan du sol. Pour obtenir cela, j'ai défini le coût du plan du sol à un coût élevé et le coût via via un coût inférieur. Cela se traduit par des "cavaliers" plus courts dans la couche du plan du sol au lieu de longues traces. Malheureusement, Eagle a toujours tendance à regrouper ces cavaliers ensemble, même avec le paramètre hugging réglé sur 0. Après le dernier itinéraire automatique, je nettoie manuellement un peu le plan du sol. Cela ne change généralement pas la topologie, mais sépare principalement les cavaliers individuels les uns des autres afin qu'il y ait du cuivre entre eux.

Voici le dessin de la couche inférieure d'une telle planche:

Cela montre la couche inférieure de notre programmeur PIC USBProg . Un circuit de cette complexité ne peut pas être routé sur une seule couche, mais notez qu'il y a beaucoup de petites îles individuelles au lieu de longues traces ou de gros blocs de cavaliers dans la couche inférieure. Pour la plupart, les courants de retour à haute fréquence peuvent toujours circuler sans trop s'écarter de leurs trajectoires idéales.