Detalhes sobre o layout da placa de circuito impresso para o microcontrolador

Atualização : a pergunta de acompanhamento mostra minha opinião sobre o layout de PCB resultante.

Estou apresentando minha primeira placa com um uC (tenho uma experiência razoável no uso e na programação de sistemas embarcados, mas é a primeira vez que faço o layout de placas de circuito impresso), um STM32F103, este será um placa de sinal misto usando os DACs internos do STM e alguns DACs externos via SPI, e estou um pouco confuso sobre o aterramento.

As respostas para estas perguntas:

declaro claramente que eu deveria ter um plano de aterramento local para o uC, conectado ao terra global em exatamente um ponto, e uma rede de energia local, conectada à energia global próxima ao mesmo ponto. Então é isso que estou fazendo. Minha pilha de 4 camadas é:

plano GND local + sinais, uC, são tampas de desacoplamento de 100nF e o cristal
GND global, ininterrupto, exceto para vias. De acordo com fontes como Henry Ott , o plano de terra não está dividido, com as seções digital e analógica separadas fisicamente.
power, um plano de 3,3V sob o IC, traços grossos para os DACs externos de 3,3V, traços mais grossos para distribuir os volts na seção analógica. $\pm15$
sinal + tampas de desacoplamento de 1uF

Mais longe na placa, os componentes e sinais analógicos estão nas camadas superior e inferior.

Então as perguntas:

devo quebrar o terreno global sob o uC, ou é bom ter o plano de terra completo sob o local?
$\pm15$
Estou usando o ADC e o DAC do uC e gerando uma tensão de referência na seção analógica da placa, que eu trago para o pino Vref + do uC com uma faixa no plano de potência. Onde devo conectar o Vrefpin: terra local, terra global ou fazer uma trilha separada no plano de energia conectando-o ao terra global na seção analógica, onde o solo deve estar quieto? Talvez perto de onde a tensão de referência é gerada? Note que no STM32 o Vref- é distinto do pino VSSA de terra analógico (que eu suponho que vá para o plano GND local?).

Quaisquer outros comentários sobre o design aqui também são bem-vindos!

— Timo
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Muitas perguntas de pesquisa resultam em muitas boas respostas com bons comentários. No entanto, muito do que é uma boa prática pode ser aprendido estudando o que os outros fizeram. Pegue muitos PCBs de sinal misto de boa qualidade (similar a 4 camadas) e use uma ferramenta hor air para dessoldar componentes grandes. Investigue como as vias de energia são gerenciadas. Você deseja aprender as melhores práticas de designers profissionais, pois algumas das coisas nunca entram nos livros, é apenas uma regra geral, transmitida pela tradição de proximidade oral e por ombro. Não preste muita atenção aos designs de consumidores baratos.

— precisa saber é o seguinte

Respostas:

Você não precisa necessariamente de um plano de aterramento local para o micro. O solo local pode ser uma estrela com o ponto central embaixo do micro, que é onde essa estrela é conectada de volta ao solo principal, por exemplo.

Se você tiver pelo menos 4 camadas, pode fazer sentido dedicar uma das camadas nas imediações do micro a um local. Se isso dificultar o roteamento ou se for uma placa de duas camadas, use a configuração em estrela. O ponto principal é manter a corrente de energia de alta frequência consumida pelo micro fora do plano principal de terra. Se você não fizer isso, terá uma antena remota de alimentação central em vez de um plano de aterramento.

O loop do pino de potência micro, da tampa de desvio e do pino de aterramento não deve cruzar o plano de aterramento principal. É aqui que as correntes de energia de alta frequência serão executadas. Conecte o pino de terra ao terra principal em um só lugar, mas não conecte o lado de terra da tampa de derivação ao terra principal separadamente. O lado do terra da tampa de derivação deve ter sua própria conexão de volta ao pino de aterramento do micro.

Os sinais digitais que vão entre o micro e outras partes da placa ainda terão uma pequena área de loop, porque o micro será conectado ao terra principal próximo ao seu pino de terra.

— Olin Lathrop
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Olin, se você pudesse postar algumas referências para apoiar sua teoria da "antena remota", isso seria apreciado.

— Armandas

@Timo: O Vref- pin consome muito pouca corrente e é usado como referência 0 para o A / D. Isso deve ser conectado diretamente ao plano principal de terra com sua própria via privada.

— Olin Lathrop

@ Arm: Eu não estou dizendo que o plano de terra não deve ser sólido. É a maneira como o terra do processador está conectado a ele que importa. Observe atentamente e você poderá ver uma rede de aterramento local com uma única conexão com o aterramento principal. Além disso, muitas vezes você pode se safar com menos do que as melhores práticas. Projetos de código aberto não precisam se preocupar com o custo de falhas de campo ou com 1 em 10000 casos em que não funciona muito bem, ou muitas vezes sobre limites de emissão (não é legal, mas muito menos provável que o A FCC vai perceber).

— Olin Lathrop

O problema com o pino Vref + é que você deseja manter o ruído fora dele. Você não está preocupado com isso poluindo o resto do sistema. Se você estiver usando, provavelmente é proveniente de um regulador separado. Você pode conectar o outro lado da tampa de derivação ao terra principal ou conectá-lo ao pino de aterramento analógico, se esse chip tiver um, e então conectar a rede ao aterramento principal próximo ao pino de aterramento analógico.

— precisa saber é o seguinte

@ Bip: Novamente, o terreno local não é necessariamente um avião.

— 21716 Olin Lathrop

Não você não deveria. E livre-se do chamado "solo local". O que você acha que está acontecendo com todos os sinais digitais quando você implementa esse local? Você deve encontrar a resposta no artigo de Henry Ott que você vinculou, Figura 1.

Claro, você tem uma conexão entre o terra local e o plano de terra, mas tudo o que você faz é aumentar a área do loop, transformando seus transes em pequenas antenas.
Isso parece bom.
O manual de referência diz que V _REF- deve ser conectado ao V _SSA, que por sua vez deve ser conectado ao V _SS . Sugiro que você apenas conecte o V _REF- diretamente ao terra e tente manter as correntes digitais fora do caminho usando um posicionamento inteligente.

Quanto às sugestões, se as tampas de 1uF são os únicos componentes que você planeja colocar na parte inferior, eu recomendo que você as coloque em cima. Quando você tem componentes dos dois lados, o fabricante precisa passar a placa pelo forno duas vezes ou soldar os componentes manualmente. Ambos aumentarão o custo de fabricação.

— Armandas
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Convém incluir um link para o artigo da Ott que você está referenciando.

— precisa saber é o seguinte

@akohlsmith Eu estava me referindo ao mesmo artigo que o OP, mas adicionei um link agora.

— Armandas

Existem muitos componentes na parte inferior na seção analógica, então não são apenas as grandes capas de dissociação.

— Timo

Desculpe, eu realmente gostaria de aceitar metade da sua resposta e metade da de Olin, se isso fosse possível, mas decidi ir com a de Olin, já que o plano de terra local é o que acabei fazendo (como visto na outra pergunta)

— Timo

Você pode achar útil esta resposta .

Existem poucas vezes em que uso aviões verdadeiramente separados (tais aplicativos ainda existem), mas não para um circuito como o seu.

A colocação cuidadosa dos componentes e um pouco de reflexão sobre o poder / terra deve ajudá-lo a obter um bom layout.

— Peter Smith
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