Otimize o caminho de retorno do sinal com desacopladores de capacitores em uma placa de duas camadas

Estou projetando uma placa de duas camadas bastante complexa - eu realmente deveria optar por uma de 4 camadas, mas esse não é o ponto aqui. Eu terminei com a colocação e o roteamento de componentes e estou fazendo os retoques finais, como garantir que os planos de solo cubram a maior parte do tabuleiro e estejam bem costurados (também conhecido como grade de solo).

Em certas áreas, tenho traços de sinal (por exemplo, SPI) dispostos sobre um plano de terra, depois um traço de potência (14V), depois outro plano de terra. Não há como tirar esse traço de energia do caminho, então pensei em deixar as correntes de retorno de sinal passarem por alguns capacitores de desacoplamento (100nF) entre o traço de energia e os planos de terra, logo abaixo dos traços de sinal.

Aqui está uma imagem do que estou pensando:

É uma boa ideia reduzir a área do loop de sinal e controlar a EMI?

Não vejo razão para toda essa complexidade e tenho certeza de que a adição de capacitores aumenta o ruído do circuito. Os sinais digitais que passam por um rastreamento de energia não são críticos, desde que você coloque os capacitores de desacoplamento próximos aos dispositivos energizados. Os sinais digitais são bordas relativamente rápidas e não devem afetar muito o traço de energia. A maioria dos CIs também tem uma rejeição de ruído comum nos pinos da fonte de alimentação, então isso realmente não é grande coisa. Além disso, seu rastreamento SPI é perpendicular ao rastreamento de energia, o que significa que a diafonia será mínima.

— Lucas92 # 22/16

Eu não estou tão preocupado com a integridade do sinal ou o acoplamento entre traços, esse não é o ponto da minha pergunta. O caminho de retorno do sinal é bastante longo e não está bem abaixo dos traços de sinal, o que é recomendado normalmente. Lembro-me de ler sobre a técnica que estou tentando aplicar no caso de sinais USB e algumas notas de aplicação recomendam o uso de capacitores para permitir que a corrente de retorno flua o mais próximo possível dos traços de sinal na outra camada.

Oh, você está preocupado com o caminho de retorno do solo. Eu entendi mal a pergunta. Eu não tenho certeza sobre isso, você provavelmente acabará adicionando ruído ao traço de energia, certo?

— Lucas92 # 22/16

É o que também estou pensando. As correntes envolvidas são realmente pequenas e o rastreamento de energia é filtrado perto de todos os ICs conectados a ela (tampões de derivação), então não tenho certeza se será um problema.

Mas se você fizer dessa maneira, o que definirá a referência do DC para o local GND local? Você precisa de um outro rastreamento para a referência do controlador de domínio?

— Lucas92 22/09/16

Você está correto em sua compreensão. A corrente de retorno de qualquer sinal desejará seguir o mesmo caminho que o próprio sinal usando um terra ou um plano de energia adjacente. Se o plano de terra estiver quebrado, ele ainda encontrará um caminho de volta para a fonte do sinal, mas por um caminho mais longo e menos ideal, que pode resultar em maiores emissões e pior imunidade. Se isso é um problema no seu design depende de muitos fatores, como a velocidade do relógio dos sinais e, mais importante, a velocidade de suas bordas.

Se você acha que pode ser um problema (e provavelmente o faz), a melhor solução é usar uma placa de 4 ou mais camadas para que você tenha um plano de terra ininterrupto. Usando uma placa de duas camadas, você pode adicionar um link 0805 ou 1206 de zero Ohm para unir os dois planos de terra no ponto em que estão quebrados para fornecer o caminho de retorno atual.

— Steve G
fonte

Eu pensei assim. Eu poderia optar por uma placa de 4 camadas na próxima iteração do meu protótipo, mas a partir de agora não é realmente uma opção (e a conformidade com a EMI ainda não é um problema). O slot criado pelo rastreamento de energia é muito grande para colmatar com zero ohm, daí a minha solução de capacitor. Eu também encontrei este artigo que sugere que a costura do capacitor é subótima, mas viável para frequências (ou velocidade da borda) inferiores a 100MHz.

Esqueci de mencionar que o papel acima vinculado conecta diretamente dois planos de referência, enquanto eu teria que "rotear" a corrente de retorno do sinal através de um traço intermediário.

Não acho que sua solução de capacitor cause problemas, apenas não acho que seja tão boa quanto costurar diretamente os planos com 0R.

— Steve G