Optimiser le chemin de retour du signal avec des condensateurs de découplage dans une carte à deux couches

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Je conçois une carte à deux couches assez complexe - je devrais vraiment opter pour une carte à 4 couches, mais ce n'est pas le point ici. J'en ai terminé avec le placement et le routage des composants et je fais les finitions telles que m'assurer que les plans au sol couvrent la majeure partie de la planche et sont bien cousus ensemble (aka quadrillage au sol).

Dans certaines zones, j'ai des traces de signaux (par exemple SPI) disposées sur un plan de masse, puis une trace de puissance (14V), puis un autre plan de masse. Il n'y a aucun moyen de déplacer cette trace de puissance, alors j'ai pensé que je pouvais laisser passer les courants de retour du signal en ayant des condensateurs de découplage (100nF) entre la trace de puissance et les plans de masse, juste sous mes traces de signal.

Voici une image de ce que je pense:

Signal sur condensateurs de découplage

Est-ce une bonne idée de réduire la zone de boucle de signal et de contrôler l'EMI?

pcb pcb-design signal emc routing
la source
Je ne vois pas l'intérêt de toute cette complexité et je suis sûr que l'ajout de condensateurs augmente le bruit du circuit. Les signaux numériques passant par une trace d'alimentation ne sont pas critiques tant que vous placez des condensateurs de découplage à côté des appareils alimentés. Les signaux numériques sont des bords relativement rapides et ne devraient pas affecter beaucoup la trace de puissance. La plupart des circuits intégrés ont également une réjection de bruit commune sur leurs broches d'alimentation, donc ce n'est vraiment pas un gros problème. De plus, votre trace SPI est perpendiculaire à la trace d'alimentation, ce qui signifie que la diaphonie sera minimale.
lucas92
Je ne suis pas aussi inquiet de l'intégrité du signal ou du couplage entre les traces, ce n'est pas le point de ma question. Le chemin de retour du signal est assez long et pas juste sous les traces de signal, ce qui est généralement recommandé. Je me souviens d'avoir lu la technique que j'essaie d'appliquer dans le cas des signaux USB et une note d'application recommandée d'utiliser des condensateurs pour laisser le courant de retour circuler aussi près que possible des traces de signal sur l'autre couche.
Oh, vous vous inquiétez du chemin de retour au sol. J'ai mal compris la question. Je ne suis pas sûr de celui-là, vous finirez probablement par ajouter du bruit à la trace d'alimentation, non?
lucas92
C'est ce que je me demande aussi. Les courants impliqués sont vraiment faibles et la trace de puissance est filtrée près de chaque circuit intégré qui y est connecté (bouchons de dérivation), donc je ne suis pas sûr que ce soit un problème.
Mais si vous le faites de cette façon, qu'est-ce qui fixera la référence DC au sol GND local? Vous avez besoin d'une autre trace pour la référence DC?
lucas92

Réponses:

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Vous avez raison dans votre compréhension. Le courant de retour de tout signal voudra suivre le même chemin que le signal lui-même en utilisant un plan de masse ou de puissance adjacent. Si le plan de masse est cassé, il trouvera toujours un chemin vers la source du signal, mais par un chemin plus long et moins optimal qui peut entraîner des émissions plus élevées et une immunité plus mauvaise. Que ce soit un problème dans votre conception dépend de nombreux facteurs tels que la vitesse d'horloge des signaux et, plus important encore, la vitesse de leurs bords.

Si vous pensez que cela peut être un problème (et probablement vous le faites), la meilleure solution consiste à utiliser une carte à 4 couches ou plus afin d'avoir un plan de sol ininterrompu. En utilisant une carte à 2 couches, vous pouvez ajouter un lien 0 Ohm 0805 ou 1206 pour assembler les deux plans de masse au point où ils sont brisés pour fournir le chemin de retour actuel.

Steve G
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J'ai pensé ainsi. Je pourrais opter pour une carte à 4 couches dans la prochaine itération de mon prototype, mais pour l'instant ce n'est pas vraiment une option (et la conformité EMI n'est pas encore un problème). La fente créée par la trace de puissance est trop large pour la combler avec un zéro ohm, d'où ma solution de condensateur. J'ai également trouvé cet article qui suggère que l'assemblage de condensateur n'est pas optimal mais viable pour des fréquences (ou vitesse de bord) inférieures à 100 MHz.
J'ai oublié de mentionner que le papier lié ci-dessus relie directement deux plans de référence alors que je devrais "acheminer" le courant de retour du signal à travers une trace intermédiaire.
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Je ne pense pas que votre solution de condensateur causera des problèmes, je ne pense pas que ce soit aussi bon que d'assembler directement les avions avec 0R.
Steve G