Apa keuntungan memiliki dua tuang?

38

Saya telah melihat banyak 2-layer PCB yang memiliki tuangkan tanah pada lapisan atas dan bawah, saya bertanya-tanya mengapa melakukan itu? dan bukankah lebih baik menggunakan lapisan atas untuk daya dan sinyal dan lapisan bawah untuk tanah untuk menyederhanakan perutean dan juga mengambil keuntungan dari kapasitansi antara pesawat?

pcb pcb-design ground mux
sumber
Ini bukan jawaban yang banyak, tapi saya akan mengusulkan bahwa alasan kebanyakan orang melakukannya adalah hanya karena mereka pikir itu baik, bahwa jika tidak maka akan terbuang sia-sia, dll. Anda dapat membebaskan koneksi ke ground dengan asumsi setidaknya ada satu melalui menghubungkan ke bidang tanah bawah Anda atau jika lapisan atas dapat menekan pad untuk pin melalui lubang yang kebetulan tanah. .. atau seperti kata Olin ... agama mengambil pijakan. :)
Toby Lawrence
ya, saya tidak bisa memikirkan alasan yang baik untuk itu, jika itu adalah pesawat tenaga yang baik maka mungkin kapasitansi, tetapi apa gunanya beberapa lapisan tanah? terutama yang teratas kemungkinan besar akan terpotong dengan buruk, dengan semua komponen di atas, jadi saya pikir saya akan bertanya :)
mux
2
Salah satu alasan yang baik untuk pesawat di kedua sisi adalah untuk menjaga jumlah tembaga di setiap sisi PCB hampir sama. Jika satu sisi memiliki lebih banyak tembaga daripada yang lain maka PCB akan lebih rentan terhadap warping. Ini adalah salah satu alasan mengapa multilayer PCB seringkali simetris pada lapisan stackup mereka. Namun, risiko warping yang sebenarnya tidak jelas bagi saya, tetapi saya memiliki komentar perusahaan PCB ketika saya belum melakukannya dengan benar.
Selain apa yang dikatakan David, toko papan tur suka memiliki jumlah tembaga maksimum pada setiap lapisan, karena meminimalkan tingkat penggunaan etchant. Namun, jika volume Anda tidak terlalu tinggi, tidak masuk akal bagi Anda sebagai desainer untuk mengkhawatirkan hal ini.
The Photon

Jawaban:

51

Tata letak dan landasan yang baik tampaknya kurang dipahami di luar sana sehingga agama menemukan pijakan. Anda benar, hanya ada sedikit alasan untuk menggunakan bagian atas dan bawah papan dua lapis untuk ground.

Apa yang biasanya saya lakukan untuk dua papan lapisan adalah menempatkan sebanyak mungkin interkoneksi di lapisan atas. Di sinilah pin bagian sudah, jadi adalah lapisan logis yang digunakan untuk menghubungkannya. Sayangnya, Anda biasanya tidak dapat merutekan semua pada satu lapisan. Memberi perhatian dan berpikir hati-hati tentang penempatan bagian akan membantu dengan ini, tetapi dalam kasus umum tidak mungkin untuk merutekan semua dalam satu pesawat. Saya kemudian menggunakan bidang bawah untuk "jumper" pendek hanya bila diperlukan untuk membuat routing bekerja. Bagian bawah pesawat adalah tanah.

Triknya adalah menjaga agar jumper-jumper ini pada layer bawah tetap pendek dan tidak saling berbatasan. Metrik seberapa baik bidang tanah yang tersisa adalah dimensi linier maksimum lubang, bukan jumlah lubang. Sekelompok 200 mil jejak pendek berserakan tidak akan mencegah pesawat darat melakukan tugasnya. Namun, jumlah yang sama dari 200 mil jejak yang digumpal bersama untuk membuat satu pulau satu inci melintang adalah gangguan yang jauh lebih besar. Pada dasarnya, Anda ingin tanah mengalir di sekitar semua gangguan kecil.

Setel biaya perute otomatis untuk lapisan bawah tinggi dan jangan menghukumnya banyak untuk vias. Ini secara otomatis akan menempatkan sebagian besar interkoneksi di lapisan atas. Sayangnya, algoritma auto-router yang saya lihat sepertinya tidak bisa di-tweak karena tidak menggumpal jumper. Di Eagle, misalnya, ada parameter memeluk . Bahkan jika Anda mematikan ini, Anda masih mendapatkan jumper yang bergerombol. Biarkan router otomatis melakukan pekerjaan kasar, maka Anda membersihkan semuanya setelahnya. Kadang-kadang Anda dapat menemukan kasus di mana sedikit pengaturan ulang dapat menghilangkan jumper sama sekali. Sebagian besar waktu Anda, bagaimanapun, akan dihabiskan untuk memindahkan jumper terpisah untuk tidak membuat pulau besar.

Adapun pesawat kekuasaan, itu kebanyakan agama konyol. Rutekan daya sama seperti sinyal lainnya, meskipun dalam hal ini Anda harus mempertimbangkan penurunan tegangan karena hambatan jejak, karena jejak daya mungkin menangani arus signifikan. Untungnya bahkan 1 ons tembaga pada PCB memiliki resistansi yang cukup rendah. Anda dapat membuat jejak daya 20 mil atau apa pun, bukan 8 mil untuk jejak sinyal. Bagaimanapun, intinya adalah bahwa resistansi DC penting tetapi biasanya tidak banyak masalah kecuali Anda memiliki desain arus tinggi.

Impedansi AC tidak begitu relevan, yang tampaknya tidak didapatkan oleh umat beragama. Ini karena catu daya dilewati secara lokal ke bidang tanah di setiap titik penggunaan. Jika Anda memiliki bidang tanah yang baik, Anda tidak perlu pesawat daya yang terpisah untuk sebagian besar desain biasa, cukup memotong pada masing-masing kabel daya pada setiap bagian. Tutup bypass terhubung langsung antara pin daya dan ground, kemudian ada via kanan di pin ground untuk terhubung ke bidang tanah pada lapisan bawah.

Arus loop daya frekuensi tinggi dari suatu bagian harus keluar pin daya, melalui tutup bypass, dan kembali ke pin tanah tanpa pernah berlari melintasi bidang tanah. Ini berarti Anda tidak menggunakan via terpisah untuk sisi dasar tutup bypass. Hubungkan langsung ke pin ground di sisi atas, lalu hubungkan jaring itu ke bidang tanah dengan via pada satu titik. Teknik ini akan banyak membantu dengan emisi RF dan kebersihan secara umum.

Olin Lathrop
sumber
1
Ini adalah jawaban yang bagus, terima kasih Pak, jadi, jika saya mengerti dengan benar, terutama dari paragraf terakhir, saya seharusnya tidak menggunakan tuangkan di lapisan paling atas, benar? itu tidak berguna? juga, haruskah saya menggunakan jumper pendek pada lapisan bawah, bahkan jika itu berarti bahwa beberapa sinyal tidak akan mengambil rute yang paling langsung?
mux
1
@ux: Ya untuk sebagian besar kasus. Pengecualian adalah sinyal kecepatan tinggi khusus, sinyal yang harus dikontrol impedansinya, sinyal yang harus disesuaikan dengan penundaan, dll. Namun, Anda biasanya tidak menemukannya di papan 2 lapisan. Ini biasanya menyiratkan pengeluaran lain sehingga pergi ke 4 lapisan atau lebih adalah biaya tambahan kecil.
Olin Lathrop
@ OlinLathrop Saya benar-benar tidak mengerti. Ya, tutup decoupling memberikan jalur impedansi yang sangat rendah, sudah. Katakanlah kita mengabaikan semua induktansi dari semua jejak. Kemudian kami hanya pergi dengan tuntutan arus tiba-tiba oleh (katakanlah) IC. OK, tutup decoupling akan memberikan itu. Tapi, bagaimana dan sampai di mana topi decoupling akan mengisi ulang, untuk permintaan saat ini yang tiba-tiba? Apakah ada waktu untuk mengisi ulang? Saya benar-benar bingung.
abdullah kahraman
1
@Nick: Tidak masalah di mana tepatnya tanah melalui sepanjang jalur dari pin tanah ke sisi tanah dari topi decoupling, karena jalan itu harus pendek pula. Poin penting adalah bahwa loop ada tanpa bidang tanah dilibatkan. Itu menjaga arus loop frekuensi tinggi dari bidang tanah, yang seharusnya menjadi antena patch pusat-makan. Saya masuk ke detail lebih lanjut di electronics.stackexchange.com/a/15143/4512 .
Olin Lathrop
2
@abdullahkahraman: Di situlah memiliki beberapa topi bisa masuk, yang kecil yang bisa menangani frekuensi paku yang lebih tinggi dan yang lebih besar yang bisa menangani frekuensi yang lebih rendah. Berada di dekat yang lebih besar juga dapat mengisi ulang yang kecil lebih cepat dari yang seharusnya oleh pasokan tegangan.
Nemo157
9

Memiliki pesawat listrik di atas dan tanah di bagian bawah tidak akan memberikan kapasitansi.

C=k⋅ϵ0⋅A/d

ϵ0Ad×

C=4.5⋅8.85pF/m⋅0.016m2/0.0016m=400pF

Kapasitor decoupling akan memberi Anda lebih banyak. Selain itu, dipisahkan dengan benar tidak masalah apakah Anda menggunakan tanah atau daya untuk menuangkan tembaga; untuk HF mereka harus sama. Biasanya tanah dipilih karena jaring itu akan memiliki koneksi terbanyak, dan akan lebih mudah untuk menghubungkan tuangkan tembaga terisolasi yang berbeda di atas ke tuang tembaga di sisi lain.

stevenvh
sumber
2
Ya, tetapi 400 pF itu bisa sangat signifikan pada frekuensi tertinggi yang perlu dipisahkan - misalnya, impedansi 4 ohm pada 100 MHz - dan kapasitansi ini memiliki jumlah hambatan seri dan induktansi yang paling sedikit yang terkait dengannya. Sangat penting dalam desain berkecepatan sangat tinggi, tetapi jika Anda melakukan pekerjaan seperti itu, maka Anda mungkin menggunakan lebih dari dua lapisan dan jarak antar pesawat tidak terlalu jauh.
Dave Tweed
@Dave - setuju, tetapi 400 pF adalah untuk PCB yang hanya terdiri dari tuangkan tembaga. Rute meskipun akan secara signifikan mengurangi area, dan koneksi antar pulau akan memiliki induktansi mereka juga. Untuk HF saya akan menggunakan 4-layer dan menggunakan lapisan dalam untuk ground dan power plane. Jarak akan lebih rendah = kapasitansi lebih tinggi dan tidak akan ada banyak pemotongan meskipun mereka.
stevenvh
jadi kapasitansi tidak signifikan, setidaknya untuk PCB 2-layer, jadi selain memiliki banyak koneksi ground, benar-benar tidak ada alasan yang baik untuk menggunakan ground pour di lapisan atas? benar ?
mux
@ux - Tidak juga: Anda ingin memotong sesedikit mungkin melalui bidang tanah lapisan bawah, yang berarti semua perutean pada lapisan atas akan meninggalkan terlalu sedikit bidang tanah di sana. OTOH, menempatkan tuang tembaga di sana tidak ada salahnya, dan jika itu juga tanah Anda dapat menghubungkan pulau-pulau yang terisolasi melalui vias. Jika tuangkan tembaga teratas adalah Vcc yang menghubungkan pulau-pulau mungkin lebih sulit, dan mungkin kurang masuk akal. Tapi Dave tidak sepenuhnya setuju, aku takut :-).
stevenvh
@DaveTweed Perlu diingat bahwa nomor 400 pF yang Stevenvh sebutkan adalah untuk keseluruhan PCB 160x100mm. Saya berharap bahwa jalur pengembalian frekuensi tinggi untuk setiap sinyal yang diberikan tidak benar-benar "melewati" seluruh PCB dan jadi Anda tidak bisa mendapatkan manfaat dari seluruh 400 pF.