Detail tentang tata letak PCB untuk mikrokontroler

11

Pembaruan : pertanyaan tindak lanjut menunjukkan pendapat saya tentang tata letak PCB yang dihasilkan.

Saya meletakkan papan pertama saya dengan UC (saya punya cukup banyak pengalaman dalam menggunakan dan pemrograman embedded system, tapi ini adalah pertama kalinya saya melakukan layout PCB), sebuah STM32F103, ini akan menjadi papan sinyal campuran menggunakan DAC internal STM dan beberapa DAC eksternal melalui SPI, dan saya agak bingung tentang pentanahan.

Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini:

dengan jelas menyatakan bahwa saya harus memiliki pesawat ground lokal untuk UC, terhubung ke tanah global tepat pada satu titik, dan jaring daya lokal, terhubung ke daya global di dekat titik yang sama. Jadi ini yang saya lakukan. Tumpukan 4 lapisan saya adalah:

  • sinyal + pesawat GND lokal, UC, ini topi decoupling 100nF, dan kristal
  • GND global, tidak terputus kecuali untuk vias. Sesuai dengan sumber-sumber seperti Henry Ott , bidang tanah tidak pas, dengan bagian digital dan analog dipisahkan secara fisik.
  • daya, bidang 3.3V di bawah IC, jejak tebal untuk 3.3V DAC eksternal, jejak lebih tebal untuk mendistribusikan volt di bagian analog.±15
  • sinyal + topi decoupling 1uF

Lebih jauh di papan, komponen dan sinyal analog ada di lapisan atas dan bawah.

Jadi pertanyaannya:

  1. haruskah saya mematahkan landasan global di bawah UC, atau apakah lebih baik memiliki tanah penuh di bawah yang lokal?
  2. ±15
  3. Saya menggunakan ADC dan DAC dari UC, dan menghasilkan tegangan referensi di bagian analog papan, yang saya bawa ke pin Vref + dari UC dengan trek di pesawat listrik. Di mana saya harus menghubungkan Vrefpin: ground lokal, ground global, atau membuat track terpisah pada pesawat listrik yang menghubungkannya ke ground global di bagian analog, di mana ground harus sepi? Mungkin dekat dengan tempat tegangan referensi dihasilkan? Perhatikan bahwa pada STM32 Vref- berbeda dari pin VSSA analog (yang saya kira pergi ke pesawat GND lokal?).

Komentar lain tentang desain di sini tentu saja disambut baik juga!

microcontroller pcb audio pcb-design mixed-signal Timo
sumber
Banyak pertanyaan pencarian yang menghasilkan banyak jawaban yang baik dengan komentar yang baik. Namun banyak dari apa yang merupakan praktik yang baik dapat dipelajari dengan mempelajari apa yang telah dilakukan orang lain. Ambil banyak PCB sinyal campuran yang berkualitas baik (serupa 4 layer) dan gunakan alat udara hor untuk mendesolder komponen besar. Selidiki bagaimana vias daya dikelola. Anda ingin belajar praktik terbaik dari desainer profesional karena beberapa hal tidak pernah masuk ke buku, itu hanya aturan praktis, yang ditransmisikan oleh tradisi kedekatan lisan dan (over shoulder). Jangan terlalu memperhatikan desain konsumen yang murah.
KalleMP

Jawaban:

2

Anda tidak perlu pesawat darat lokal untuk mikro. Tanah lokal dapat menjadi bintang dengan titik pusat di bawah mikro, di mana bintang ini terhubung kembali ke tanah utama, misalnya.

Jika Anda memiliki setidaknya 4 lapisan, maka masuk akal untuk mendedikasikan salah satu lapisan di sekitar mikro ke tanah lokal. Jika ini membuat perutean terlalu sulit atau ini adalah papan dua lapisan, cukup gunakan konfigurasi bintang. Titik utama adalah untuk menjaga arus daya frekuensi tinggi yang ditarik oleh mikro dari bidang tanah utama. Jika Anda tidak melakukan itu, Anda memiliki antena tambalan tengah bukan pesawat ground.

Putaran dari pin daya mikro, untuk memotong topi, ke pin tanah mikro tidak harus melintasi bidang tanah utama. Di sinilah arus daya frekuensi tinggi akan berjalan. Hubungkan pin ground ke ground utama di satu tempat, tetapi jangan menghubungkan sisi ground tutup bypass ke ground utama secara terpisah. Sisi dasar tutup bypass harus memiliki koneksi sendiri kembali ke pin ground mikro.

Sinyal digital yang bergerak antara mikro dan bagian lain dari papan masih akan memiliki area loop kecil karena mikro akan terhubung ke ground utama dekat dengan pin groundnya.

Olin Lathrop
sumber
2
Olin, jika Anda bisa memposting beberapa referensi untuk mendukung teori "patch antena" Anda, itu akan dihargai.
Armandas
2
@Timo: Vrefpin menarik sangat sedikit arus, dan digunakan sebagai referensi 0 untuk A / D. Ini harus dihubungkan langsung ke pesawat tanah utama dengan via pribadinya sendiri.
Olin Lathrop
1
@Arm: Saya tidak mengatakan pesawat darat seharusnya tidak solid. Begitulah cara prosesor terhubung dengan itu yang penting. Perhatikan baik-baik, dan Anda mungkin melihat jaring ground lokal dengan satu koneksi ke ground utama. Juga, banyak kali Anda bisa lolos dengan praktik terbaik. Proyek sumber terbuka tidak perlu khawatir tentang biaya kegagalan lapangan atau bahwa 1 dari 10.000 kasus di mana itu tidak berfungsi dengan benar, atau bahkan banyak kali tentang batas emisi (bukan karena itu legal, tetapi sangat kecil kemungkinannya bahwa FCC akan memperhatikan).
Olin Lathrop
1
Masalah dengan pin Vref + adalah Anda tidak ingin bersuara. Anda tidak khawatir tentang hal itu mencemari seluruh sistem. Jika Anda menggunakannya, itu mungkin berasal dari regulator terpisah. Anda dapat menghubungkan sisi lain dari tutup bypassnya ke ground utama, atau menghubungkannya ke pin ground analog jika chip ini memiliki satu, kemudian hubungkan jaring itu ke ground utama dekat pin ground analog.
Olin Lathrop
1
@ Bip: Sekali lagi, lapangan lokal belum tentu pesawat.
Olin Lathrop
6

  1. Tidak, seharusnya tidak. Dan singkirkan apa yang disebut "tanah lokal". Menurut Anda apa yang terjadi dengan semua sinyal digital ketika Anda menerapkan ground lokal ini? Anda harus menemukan jawabannya di artikel Henry Ott yang Anda tautkan, Gambar 1.

    Tentu, Anda memiliki koneksi antara ground lokal dan ground plane, tetapi yang Anda lakukan hanyalah menambah area loop, yang pada dasarnya mengubah trans Anda menjadi antena kecil.

  2. Kedengarannya bagus.

  3. Manual referensi mengatakan bahwa V REF- harus terhubung ke V SSA yang pada gilirannya harus terhubung ke V SS . Saya sarankan Anda menghubungkan V REF- langsung ke ground dan mencoba untuk menjaga arus digital agar tidak menggunakan penempatan pintar.

Adapun saran, jika tutup 1uF adalah satu-satunya komponen yang Anda rencanakan untuk ditempatkan di bagian bawah, saya sarankan Anda menempatkannya di atas. Ketika Anda memiliki komponen di kedua sisi, produsen harus menjalankan papan melalui oven dua kali, atau menyolder komponen dengan tangan. Keduanya akan meningkatkan biaya produksi.

Armanda
sumber
Anda mungkin ingin menyertakan tautan ke artikel Ott yang Anda referensikan.
akohlsmith
1
@akohlsmith saya merujuk ke artikel yang sama dengan OP, tetapi menambahkan tautan sekarang.
Armandas
Ada cukup banyak komponen di bagian bawah di bagian analog, jadi itu bukan hanya topi decoupling besar.
Timo
Maaf, saya akan benar-benar ingin menerima setengah dari jawaban Anda dan setengah dari jawaban Olin jika itu mungkin, tetapi memutuskan untuk pergi dengan Olin karena pesawat darat lokal itulah yang akhirnya saya lakukan (seperti yang terlihat dalam pertanyaan lain)
Timo
2

Anda mungkin menemukan jawaban ini bermanfaat.

Ada beberapa kali saya menggunakan pesawat yang benar-benar terpisah (aplikasi seperti itu masih ada), tetapi tidak untuk sirkuit seperti milik Anda.

Penempatan komponen yang hati-hati dan sedikit pemikiran pada power / ground akan membantu Anda mencapai tata letak yang baik.

Peter Smith
sumber