Sinyal Campuran PCB, 2 atau 4 Lapisan?

Saat ini saya sedang merancang PCB sinyal campuran untuk klien dan saya telah banyak membaca tentang integritas sinyal dan sebagian besar buku merekomendasikan papan 4 lapisan (atau lebih) karena tahan kebisingan dari memiliki tanah yang padat dan mengurangi rute.

Papan tersebut memiliki dua ADC 16-bit dan dua DAC 16-bit dengan ampli OP di bagian analog, mikrokontroler dengan beberapa level shifters dan MOSFET di bagian digital, dan dua konverter DC / DC dan regulator LDO dalam kekuasaan. bagian. Ruang tidak banyak menjadi kendala, tetapi memiliki resolusi tinggi dan noise rendah di bagian analog adalah penting. Ada I2C dan bus SPI yang berjalan di antara bagian digital dan tepi bagian analog, beroperasi pada kurang dari 10 MHz.

Routing bijaksana saya benar-benar bisa menyelesaikan papan ini dalam 2 lapisan. Akankah saya benar-benar melihat perbedaan besar dalam integritas sinyal dengan papan 4 lapisan dan bidang tanah khusus? Apakah sepadan dengan biaya tambahan? Saya condong ke arah 4 tetapi saya ingin mendengar pendapat Anda.

Terima kasih sebelumnya.

pertama izinkan saya untuk dengan jelas menyatakan jawaban saya. Papan empat lapis akan memberikan kinerja yang lebih baik. Perbedaannya tidak mencolok untuk semua papan, tetapi papan empat lapisan akan memungkinkan Anda untuk merutekan sinyal, daya, dan arde, langsung di atas satu sama lain dalam berbagai cara yang lebih besar. Menjaga tanah secara langsung di bawah bidang daya akan mengurangi crosstalk untuk jalur jarak dekat dan mengurangi kebisingan dengan memungkinkan pilihan perutean yang lebih baik secara keseluruhan. Dengan empat lapisan, ground point tunggal adalah prestasi yang dapat dicapai tanpa juga memotong bidang ground menjadi dua. Pada dasarnya, jika solusi dua lapisan membutuhkan pemotongan melintasi bidang tanah, maka Anda membuat dua bidang tanah yang dihubungkan oleh dua titik. Hal ini memungkinkan perulangan saat ini, menyebabkan kebisingan, dan ini dapat diperburuk oleh perbedaan suhu, elektronik terdekat, dll. Saya tidak yakin dengan kasus penggunaan perangkat ini, tetapi suhu, EMI di dekatnya, dan frekuensi operasi semua akan bermain. Jika ini adalah desain kecepatan semi-tinggi, maka empat lapisan pasti akan menyelamatkan integritas dari garis sinyal tersebut. Banyak dari ini berujung pada seberapa banyak resolusi yang Anda butuhkan dari ADC tersebut. Jika Anda benar-benar membutuhkan 16 bit, maka saya akan mengatakan peningkatan kinerja 5% dari papan empat lapisan sepadan.

Referensi hebat yang saya tarik dari pedoman desain saya adalah ... http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf

Bersulang

Jika Anda dapat melakukan sebagian besar perutean pada lapisan atas dan memiliki sebagian besar bidang bidang tanah pada lapisan bawah, saya akan mengatakan bahwa papan dua lapisan mungkin harus bekerja untuk Anda. Salah satu orang yang benar-benar luar biasa yang saya temui selama bertahun-tahun - Dave Vanhorn - secara rutin melakukan papan cepat dan kepadatan tinggi pada dua papan lapisan dan produk-produknya semuanya lulus pengujian kepatuhan emisi tanpa masalah. Tapi dia adalah master sejati seni itu sedangkan banyak yang tidak.

Apa pun itu, papan Anda terlihat cukup sederhana. Hancurkan lapisan bidang tanah bawah menjadi beberapa bagian untuk setiap blok sirkuit: analog & digital dan pastikan Anda tahu di mana arus balik mengalir.

Biasanya baik-baik saja untuk memiliki sedikit istirahat di bidang tanah di mana Anda harus memiliki satu jejak silang yang lain. Tetapi celah-celah itu kecil dan tertutup sepenuhnya oleh tembaga, hanya memperlihatkan jejak pendek yang berada di bawah jejak sisi atas.

Tampaknya regulator yang menghidupkan sirkuit analog ada di bagian daya, Anda harus memindahkannya ke bagian analog, jadi pin referensi GND-nya terletak di GND analog. Dengan cara ini, outputnya dirujuk ke GND analog, bukan GND berisik di dekat switchers.

Sekarang, untuk pertanyaan 2 lawan 4 layer Anda, menggunakan 4 layer akan mengurangi kesulitan membuat tata letak yang sangat baik, sehingga akan mengurangi kemungkinan melakukan kesalahan. Jika kesalahan berarti respin, maka Anda harus menimbang biaya dan penundaan respin yang mungkin dibandingkan dengan biaya tambahan 4 lapisan.