Desain PCB 2 lapis, melalui teknologi lubang dan bidang tanah

11

Saya merancang tata letak PCB untuk aplikasi audio (tidak ada elektronik digital, hanya analog).

Semua komponen melalui lubang, PCB cukup besar (sekitar 16cm x 10cm) dan memiliki 2 lapisan. Berlapis melalui lubang didukung oleh teknologi yang saya gunakan. Rangkaian ini memiliki pasokan ganda.

Manakah (dan mengapa) dari berikut ini adalah solusi terbaik untuk merutekan sinyal, jalur catu daya dan ground?

Lapisan TOP: bidang tanah; Lapisan BOTTOM: sinyal dan jalur suplai;
Lapisan TOP: sinyal dan jalur catu daya: BOTTOM layer: ground plane;
Lapisan TOP: bidang tanah dan jalur suplai; Lapisan BOTTOM: sinyal;
Lapisan TOP: sinyal; BOTTOM layer: bidang tanah dan jalur suplai;

power-supply pcb audio ground Umberto D.
sumber

2

Pertanyaan ini membutuhkan semacam generalisasi yang mungkin tergantung pada desain atau sama sekali tidak relevan. Versi dengan keterampilan terendah yang dibutuhkan adalah memiliki ground plane yang tidak terputus , sehingga # 1 terdengar bagus. Lewati sesuai kebutuhan dan jauhkan jejak sensitif dari sinyal bising.

Daniel

1

Secara umum memiliki ground di sekitar garis sinyal Anda jarang sakit. Apakah ini dilakukan di bawah atau atas pesawat tidak masalah jadi saya akan pergi dengan #

3/4

@ Daniel Frekuensi nominal yang terlibat dalam rangkaian di bawah 5k, karena rangkaian merupakan efek analog untuk pemrosesan sinyal gitar.

Umberto D.

@Aniel ... Dan tegangan suplai dihasilkan melalui Catu Daya linier, tanpa PSU switching.

Umberto D.

4

Saya pikir semua jawaban lain ini terlalu memperumit masalah. Desain lubang-lubang adalah sah dalam banyak kasus, dan begitu juga 2 papan layer.

Saya akan merekomendasikan menggunakan pesawat tanah dan pesawat sinyal / daya kecuali Anda punya alasan untuk tidak. Metode desain ini sudah dicoba dan benar dan saya tidak melihat alasan mengapa Anda tidak boleh menggunakannya. Saya pikir tidak masalah di sisi mana Anda menaruh sinyal.

Anda perlu membuat beberapa lompatan di pesawat tanah, tetapi ini tidak akan menimbulkan masalah jika Anda menghindari membuat luka besar. Saya membuat gambar cepat dan mengerikan di cat untuk menggambarkan:

Seperti yang disebutkan Neil, jalur pulang tanah Anda penting, Anda seharusnya tidak menganggapnya selesai saat memasuki tanah.

Drew
sumber

14

Satu metode yang saya sarankan adalah yang belum Anda sebutkan.

Secara umum, setiap pembagian ruang yang sewenang-wenang menjadi kekuasaan, tanah, sinyal, akan memberi Anda kesedihan, karena tidak perlu mempartisi mereka seperti itu, juga tidak cukup untuk mendapatkan hasil yang baik.

Jika papan itu 'sulit', jadi dicampur analog / digital, sinyal kecepatan tinggi, arus tinggi, SMPS, maka akan ada manfaatnya memulai dengan pesawat landasan penuh. Tapi itu tidak cukup, Anda perlu tahu di mana arus balik mengalir di dalamnya, karena Anda masih bisa menembak diri sendiri di kaki, bahkan dengan pesawat tanah.

Saya akan merekomendasikan tata letak Manhattan, dengan tanah grid.

Manfaat besar dari Manhattan adalah itu berarti Anda selalu dapat menemukan rute untuk trek Anda. Anda tidak pernah harus berkompromi dan mengambil sinyal rute yang berkelok-kelok dari jalan kembali, atau memotong pesawat darat untuk menyelinap melalui trek, menghancurkan integritasnya.

Routing Manhattan melibatkan mendedikasikan satu layer untuk koneksi Utara-Selatan, dan layer lainnya untuk koneksi Timur-Barat. Sekarang Anda selalu dapat berpindah dari A ke B dengan satu melalui, dan Anda tidak perlu bertanya-tanya tentang bagaimana Anda dapat melintasi trek.

Sekarang Anda memiliki cara sistemik untuk merutekan papan Anda, mulailah dengan tanah berpetak. Pada satu layer, letakkan track setiap 20mm atau lebih, dalam kolom. Di layer lain, lakukan hal yang sama dalam baris. Melalui mereka bersama di setiap persimpangan. Sekarang Anda memiliki tanah yang hampir sama baiknya dengan pesawat, dan jauh lebih bisa digunakan, karena kedua lapisan masih tersedia untuk merutekan semua kekuatan dan sinyal Anda. Pindahkan trek tanah di sekitar sedikit untuk mengakomodasi IC Anda dengan segala cara, tetapi jangan pindahkan mereka terlalu jauh.

Postscript - bidang tanah versus bidang grid.

Saya punya beberapa komentar menarik dari Umberto, Scott, dan Olin, yang menunjukkan saya belum cukup memahami maksud saya. Saya mungkin akan mengklarifikasi apa yang di atas, sambil mendokumentasikan alasan saya di bawah ini.

Saya sekarang sudah pensiun, dan setelah seumur hidup membimbing para insinyur junior, salah satu masalah terbesar yang mereka hadapi adalah melakukan desain yang buruk di papan pesawat darat. Mereka tampaknya berpikir bahwa bidang tanah 'akan mengurus semua hal isolasi', dan mereka berhenti berpikir. Akibatnya, mereka menjalankan arus tinggi melewati input sensitif, dan jika tidak gagal untuk melihat efek arus balik.

Untuk membantu mereka men-debug papan ini, saya menghapus bidang tanah, dan memaksa mereka untuk mempertimbangkan semua arus balik sebagai aliran diskrit di trek yang terpisah. Setelah pelakunya ditemukan, dan tata letak diperbaiki, tanah dapat dipulihkan.

Pada papan 4 lapisan, ada cukup ruang untuk mendedikasikan satu ke tanah yang kokoh. Pada papan 2 layer, ada premium pada ruang routing. Itu sebabnya Manhattan, yang memberi Anda cara sistematis untuk merutekan setiap trek dari A ke B, sangat berguna. Jika Anda mendedikasikan salah satu dari 2 lapisan Anda ke tanah, tata letak non-sepele akan menghasilkan satu, atau dua (atau beberapa, hei, itu hanya satu lagi) trek memotong tanah terpisah, merusak integritasnya.

Dengan tidak adanya bidang tanah, tanah berpetak adalah hal terbaik berikutnya. Ini fleksibel, Anda dapat meningkatkan jumlah trek tanah di mana Anda perlu. Ini benar-benar kompatibel dengan routing Manhattan. Ketika Anda telah selesai tata letaknya, tentu saja banjir dengan tembaga tanah. Anda akan berakhir dengan sesuatu yang lebih baik diarahkan daripada pesawat tanah cincang, karena Anda bisa memikirkan semua arus balik yang mungkin Anda harapkan akan baik-baik saja.

Desain papan yang bagus hampir merupakan seni sama halnya dengan sains. Anda tidak bisa mengajar seniman untuk membuat, Anda tidak bisa mengajar insinyur untuk 'merasakan' di mana arus akan mengalir, sampai mereka 'mendapatkannya'. Mendesain tanpa pesawat darat adalah salah satu cara untuk mempercepat proses 'mendapatkannya'.

Neil_UK
sumber

3

Saya tidak yakin saya mengerti mengapa ini sebagus pesawat. Itu benar-benar tergantung pada apa yang mengisap saat ini di grid Anda, dan rasanya seperti tidak cukup perawatan dapat menghasilkan loop tanah.

Scott Seidman

1

Saya dapat merekomendasikan rute Manhattan. Untuk desain kecepatan rendah (<10Mhz), ini adalah metode cepat untuk menyelesaikan papan.

Jeroen3

1

@ScottSeidman membaca jawaban saya dengan sangat hati-hati, saya katakan 'sangat bagus ...'. Anda benar, tidak cukup perawatan dapat menghasilkan segala macam hal buruk, tidak peduli 'proses' mana yang Anda ikuti.

Neil_UK

1

@ScottSeidman Saya memiliki keprihatinan yang sama.

Umberto D.

2

Saya setuju bahwa desain grid yang "baik" bisa efektif, tetapi saya percaya bahwa desain grid yang buruk bisa menjadi buruk, dan mungkin akan sulit bagi seseorang yang tidak terbiasa dengan desain dasar untuk mengetahui kapan desain mulai menjadi buruk. Misalnya, mengacaukan dengan driver output audio arus tinggi bisa sangat berbahaya. Namun, cukup adil, hal yang sama dapat terjadi dengan pesawat yang rusak.

Scott Seidman

8

Semua komponen melalui lubang

Untuk alasan ini saja saya akan mempertimbangkan menggunakan pesawat tanah di bagian bawah sehingga komponen dapat dipasang tanpa khawatir tentang apakah tubuh mereka mungkin melakukan kontak dengan tanah tembaga.

Mengingat bahwa itu untuk kotak efek gitar yang berpotensi banyak getaran dan gerakan karena tombol dan kontrol yang dikendalikan kaki, saya juga akan mempertimbangkan bagaimana sinyal dialihkan di bawah kompenen juga untuk menghindari masalah yang disebutkan dalam paragraf pertama saya.

Tapi, mengapa membatasi diri Anda menjadi dua lapisan - dapatkan sinyal sepenuhnya dari lapisan atas dan gunakan papan 4 lapisan. Biaya tidak akan lebih dan ketenangan pikiran adalah hal yang baik.

Andy alias
sumber

1

Papan 4-lapisan lebih mahal dibandingkan dengan 2-lapisan. Dengan asumsi PCB 2-layer digunakan, saya pikir pesawat ground dan track pasokan tegangan di atas bisa lebih baik. Karena trek dan vias yang lebih besar digunakan, saya tidak begitu khawatir untuk dihubungi. Selain itu, solder mengalir dengan mudah melalui ... Bagaimana menurut Anda?

Umberto D.

1

Ketika Anda mempertimbangkan "masalah lingkungan" dan jumlah potensi kegagalan karena desain yang buruk dan kemungkinan hilangnya kepercayaan pelanggan serta biaya pengerjaan / perbaikan, Anda harus meyakinkan diri sendiri bahwa biaya PCB "ekstra" yang lurus adalah alasan terbaik untuk hanya menggunakan dua lapisan.

Andy alias

Saya mungkin salah memahami kekhawatiran Anda. Anda khawatir tentang kontak komponen logam yang tidak diinginkan. Benar?

Umberto D.

1

Ya saya dan mengingat sifat penyalahgunaan yang diterima produk semacam ini di kaki gitaris, masuk akal untuk mengambil tindakan pencegahan.

Andy alias

7

Tidak ada tata letak yang Anda usulkan yang baik. Skema yang lebih baik daripada yang Anda sebutkan adalah menggunakan bagian SMD. Ini memiliki sejumlah keunggulan:

Berbagai bagian yang lebih luas tersedia.
Bagian yang sama akan lebih murah.
Akan lebih mudah dan waktu untuk menyolder komponen ke papan tulis.
Ini membuat Anda lebih fleksibel untuk routing.

Untuk papan dua lapis, letakkan bagian di atas. Gunakan lapisan atas untuk sebanyak mungkin interkoneksi yang Anda bisa. Cadangan lapisan bawah sebagai bidang tanah, dan gunakan hanya untuk "jumper" pendek dari sinyal lain.

Jauhkan jumper-jumper ini terpisah satu sama lain sehingga arus tanah dapat mengalir di sekitar masing-masing secara terpisah. Anda ingin meminimalkan dimensi maksimum dari setiap lubang di bidang tanah, bukan jumlah lubang. Dengan kata lain, banyak gangguan kecil tersebar lebih baik daripada gangguan besar tunggal.

Buat semua koneksi pentanahan dengan vias terpisah tepat di setiap pin yang harus dihubungkan ke pentanahan. Ini membuat setiap koneksi ground menjadi solid, dan juga meminimalkan koneksi ground yang menghalangi rute jejak lainnya.

Tentu saja Anda masih harus memperhatikan rute jejak sinyal. Audio adalah tentang menjaga rasio sinyal terhadap noise tetap tinggi. Jangan merutekan jejak keluaran yang diperkuat di dekat jejak input yang sensitif, misalnya.

Untuk informasi lebih lanjut, lihat jawaban ini .

Olin Lathrop
sumber

5

Ah, tetapi jika Anda seorang audiophile maka Anda akan tahu bahwa melalui bagian lubang terdengar lebih baik! / s Tapi serius di komunitas membangun pedal gitar ada hal estetika tentang melalui lubang

pengeras suara

5

@ OlinLathrop Saya turun karena alasan bahwa jawaban Anda tidak ada hubungannya dengan Routing Hole, yang diminta OP. Jika mereka ingin melakukan SMT, saya yakin mereka akan melakukannya. Jawaban ini lebih dari 'di sini adalah pendapat saya, dan ini adalah bagaimana memanfaatkannya.' Jadi itu alasan saya. Bagi saya, kalimat pertama jawaban Anda tidak perlu.

Penasaran

1

Olin, mengapa Anda meminta downvoter untuk memberi tahu Anda mengapa mereka downvoted jika Anda tidak akan menjawab balasan? Dengan 4 upvotes, tampaknya @Curious bukan satu-satunya dengan pemikiran itu

MCG

1

@Olin, saya setuju, downvotes perusak memang terjadi terlalu sering! Saya telah melihat Anda beberapa kali sekarang berasumsi bahwa orang melakukan sesuatu karena gangguan pribadi atau alasan agama ... Ini tidak selalu terjadi. Dengan hal-hal seperti ini, benar-benar tidak masalah mengapa mereka ingin menggunakan melalui lubang ... Mungkin mereka hanya lebih suka, mungkin itu adalah tugas yang telah mereka tetapkan, siapa tahu, itu tidak masalah. Hanya karena mereka meminta bantuan dengan sesuatu yang Anda anggap tidak cukup baik tidak berarti Anda tidak menawarkan bantuan dan sebaliknya menjawab dengan sesuatu berdasarkan pendapat Anda.

MCG

1

Mungkin dia seorang pemula. Saya mulai menggunakan melalui lubang tepat di awal ketika saya belajar. Saya hanya memiliki peralatan yang sangat dasar dan tidak memiliki alat untuk membuat barang-barang permukaan mount. Jadi saya dirancang melalui lubang sampai saya bisa membeli peralatan yang benar. Anda hanya harus menerima tidak setiap alasan agama atau menutup telepon pribadi, dan berhenti berasumsi. Jika Anda tidak setuju dengan metode ini, jangan jawab itu! Jika saya adalah OP dan ingin melakukan desain lubang, ini adalah jawaban yang tidak berguna. Beberapa orang mendesain secara berbeda untuk Anda. Atasi itu, Anda tidak harus membawa semua orang ke cara berpikir Anda

MCG

0

Jika Anda bertanya-tanya tentang pesawat darat, Anda harus melupakan lubang! Memiliki lapisan ground dan daya yang berdedikasi adalah tentang mempertahankan jalur impedans rendah untuk semua arus. Komponen lubang-lubang memiliki banyak impedansi tambahan hanya dari ukuran besar dan kabelnya.

Jika Anda ingin tetap berpegang pada lubang, saya sarankan papan yang terlihat sangat mirip dengan skema. Gunakan area tanah di tengah-tengah lapisan atas dan bawah. Gunakan tepi panjang untuk jalur V + dan V-. Buat "jari-jari tembaga" dari tanah ke V + / V- atau sebaliknya untuk memperhitungkan komponen radial. Jika rangkaian penguat Anda membutuhkan tiga atau empat tegangan, gunakan lapisan atas untuk satu pasangan tegangan dan lapisan belakang untuk yang lain.

Harap juga ingat, dari tampilan AC, V +, V- dan GND sama saja. Sama pentingnya untuk memiliki impedansi rendah V + dan V- sebagai GND.

Isi tanah bawah terus menerus di mana jari-jari V + / V memecahkan yang atas, dan sebaliknya. Gunakan vias komponen THT untuk koneksi kedua isian GND. Dengan begitu Anda memberikan lubang-lubang alasan untuk keberadaan. Gunakan vias tambahan jika diperlukan.

Ini justru kebalikan dari desain papan kebutuhan sirkuit digital. Sekarang bayangkan sakit kepala membuat papan sinyal campuran.

Janka
sumber

1

Saya tidak mengerti mengapa bidang tanah tidak berguna ketika melalui komponen lubang digunakan. Saya mengerti impedansi yang lebih besar dari koneksi antara komponen itu sendiri dan lapisan tembaga yang disebabkan oleh komponen lead (dibandingkan dengan SMD). Namun, saya pikir pesawat gorund berkontribusi mengurangi kebisingan sirkuit, karena permukaan tanah komponen di zona kanan-atas PCB akan hampir sama dengan tanah komponen yang ditempatkan di daerah kiri bawah. PCB, ... Bagaimana menurut Anda?

Umberto D.

Ini adalah tentang memiliki bidang tanah yang berdedikasi vs. memiliki lapisan tanah di bagian atas dan bawah. Jelas, yang terakhir ini memiliki resistansi internal yang lebih rendah untuk arus paling lazim antara bagian-bagian yang berdekatan dari sirkuit (karena itu dua lapisan tembaga.)

Janka

Desain PCB 2 lapis, melalui teknologi lubang dan bidang tanah

Jawaban: