Planos de aterramento e energia para PCB

Estou projetando uma placa de circuito impresso de 4 camadas com o seguinte empilhamento: Parte superior do sinal, Plano de aterramento, Plano de energia, Parte inferior do sinal.

Este é o primeiro PCB que eu faço assim, que inclui um SMPS barulhento com uma frequência de comutação de 600KHz, além de um 32MHz uC e um módulo sem fio de 2,4GHz. Desejo isolar o ruído dos diferentes blocos e impedir que interfira em outro bloco, por exemplo, os ruídos SMPS e uC não devem interferir no módulo sem fio. Para isso, estou dividindo o plano de potência em três áreas fechadas, uma para cada tensão (SMPS 'gerou 5,0V e 3,3V e 5,0V a partir de um regulador linear de 50mA muito pequeno para o sistema de ligação auxiliar), mas mantenha o terra avião não dividido e cobrindo todo o quadro. Os blocos SMPS, uC e módulo sem fio são separados um do outro na placa.

As perguntas são:

1. Esse arranjo dividido ajudaria com o ruído que viaja entre os módulos?
2. Derramar cobre moído nos lados superior e inferior ajudaria a reduzir o ruído EMI externo à placa?
3. Seria melhor também dividir o plano de aterramento (e SEM derramamento de terra nos lados superior e inferior para evitar um loop) e conectá-lo da maneira de estrela? Ouvi dizer que é melhor manter o plano de terra inteiro, mas todo mundo parece ter sua própria versão.

Meu entendimento é que um local no solo deve estar sempre abaixo ou acima dos sinais e sinais de energia para minimizar os loops e reduzir o EMI gerado pela placa. Além disso, se os diferentes blocos já estiverem fisicamente separados na placa, suas correntes de retorno fluirão no plano de terra não dividido sem interferir umas nas outras. Isso está correto? Mas também li sobre como dividir o plano de terra em zonas, uma para cada subsistema e conectar esses diferentes blocos em apenas um ponto (conexão em estrela). Qual é melhor e por que?

Esse arranjo dividido ajudaria com o ruído que viaja entre os módulos?

Se você possui várias tensões de alimentação e uma placa de 4 camadas, não tem muita escolha. Você precisa fornecer tensões diferentes para as diferentes cargas. Quer reduza ou aumente o ruído, tem muito a ver com os detalhes de como você o expõe, não é possível apenas dar uma resposta geral a esta pergunta. Melhor olhar para isso, você precisa dividir seu plano de força - qual é a melhor maneira de fazer isso?

Derramar cobre moído nos lados superior e inferior ajudaria a reduzir o ruído EMI externo à placa?

Pode, se você fornecer várias vias para conectar a área do solo da camada externa ao plano do solo. Isso também deixará seu fornecedor fabuloso feliz, pois reduzirá a quantidade de cobre que eles precisam gravar para criar sua prancha.

Cuidado para aproximar muito o solo da camada externa dos traços de 2,4 GHz, porque se ele estiver mais próximo do que, digamos, 5 larguras de traçado, isso alterará a impedância característica da sua linha de impedância controlada.

Seria melhor também dividir o plano de aterramento (e SEM derramamento de terra nos lados superior e inferior para evitar um loop) e conectá-lo da maneira de estrela? Ouvi dizer que é melhor manter o plano de terra inteiro, mas todo mundo parece ter sua própria versão.

Resposta curta: não.

Se você prestar atenção especial em como você divide o plano de potência, e se o seu circuito exigir, há casos em que isso pode melhorar as coisas.

Mas se você deseja uma resposta única de alguém que não sabe quase nada sobre o circuito que está projetando, a melhor resposta é não dividir o plano de terra.

Mais uma coisa a observar

Seu empilhamento é sinal-terra-energia-sinal. Com divisões no plano de potência.

Ao rotear na camada inferior, tente não cruzar as divisões no plano de energia, porque esses traços da camada inferior realmente usarão a rede de energia, não o solo, como o caminho de retorno para os componentes de alta frequência do sinal.

Além disso, tenha cuidado com os sinais (de alta velocidade) pulando da camada superior para a inferior, porque isso também exigirá uma transição da corrente de retorno da rede de energia para a rede terrestre. Essa corrente de retorno provavelmente passará pelo capacitor de desacoplamento mais próximo - então a segunda melhor coisa é colocar um capacitor de desacoplamento perto de cada local onde a corrente de retorno precise cruzar os planos. (O melhor de tudo não é o cruzamento entre os planos).

Editar

Estou me certificando de que todos os sinais HF não cruzem as divisões, mas existem algumas faixas DC que inevitavelmente as cruzam. Isso pode ser um problema?

Pense nisso: quando você diz que é uma faixa CC, você quer dizer que a tensão não muda ou a corrente não muda? As alterações atuais são o que causa problemas na execução de uma divisão. (As alterações de tensão são um problema apenas porque geralmente causam alterações de corrente)

Portanto, depende se você estiver falando de um sinal "dc", como uma linha de habilitação para uma fonte de alimentação que é ligada uma vez na inicialização e deixada na mesma voltagem para sempre, ou um trilho de energia para algum trilho extra que não foi ' não vale a pena fazer uma divisão para.

Um sinal de controle DC não será problema.

Se for um sinal de energia com uma corrente de carga variável, você pode corrigir o problema com a desacoplamento de capacitores. Um capacitor de desacoplamento permite que as mudanças de alta frequência da corrente passem pelo caminho curto através do capacitor, em vez do caminho longo pela trilha.