Hice una tabla de dos capas hace unas semanas que tenía un plano de tierra dedicado. Dirigí el 90% de las señales en la capa superior y durante el último 10% tuve que enrutarlas a través del plano inferior (tierra).
Me dijeron que, en general, es una mala práctica tener un plano de tierra roto, ya que no es tan efectivo como uno sólido. ¿Por qué esto es tan?
¿Esto también se aplica a los aviones de poder? ¿Debo solo enrutar señales a través de mi avión Vcc como último recurso? ¿Qué sacrifico si lo hago?
Respuestas:
Piense en las corrientes de alta frecuencia que corren a través del plano de tierra.
A bajas frecuencias, la corriente sigue el camino de menor resistencia (literalmente). Una isla en el plano de tierra no es un gran problema en términos de resistencia. Todavía hay mucho cobre a cada lado de la isla para que la corriente pueda fluir a su alrededor con poca caída de voltaje.
Sin embargo, las cosas se ven diferentes a altas frecuencias. Las corrientes de retorno de alta frecuencia en el plano de tierra tienden a seguir el mismo camino que las corrientes directas en las otras capas. Esta es una propiedad útil ya que minimiza el área total del circuito de corriente y, por lo tanto, irradia menos y el circuito también es menos susceptible a la radiación entrante. Las islas en el plano de tierra obligan a las corrientes a rodearlas, lo que puede aumentar significativamente el área del bucle de las corrientes de alta frecuencia. Mirando esto de otra manera, puede pensar que los conductores en la capa superior forman una línea de transmisión con el plano de tierra. Island rompe esta línea de transmisión, lo que aumenta la impedancia, lo que aumenta la caída de voltaje a través del plano de tierra.
Otro efecto es algo conocido como "antena de ranura". Este es el inverso de un dipolo, pero se comporta como un dipolo para irradiar y recibir. Si tiene una corriente de alta frecuencia que corre por la longitud de una lámina conductora y luego corta una ranura en esa lámina perpendicular al flujo de corriente, tiene una antena de ranura. Esta es una razón por la cual los orificios de flujo de aire en el chasis de metal generalmente son un montón de orificios, no ranuras o aberturas grandes individuales.
En un tablero de dos capas, generalmente debe enrutar algunas de las señales hacia la capa inferior. Pero, desea dejar la capa inferior un plano de tierra en la medida de lo posible. Del análisis anterior, puede ver que más islas pequeñas son mejores que pocas islas grandes. La métrica que desea luchar es minimizar la dimensión máxima de cualquier isla.
Utilizo Eagle y su enrutador automático a menudo para tales cosas. En los primeros pases de enrutamiento establecí los costos solo para encontrar una solución de enrutamiento. En pasadas posteriores, supongo que se ha encontrado una solución y ahora debe optimizarse para minimizar el daño al plano de tierra. Para obtener eso, configuré el costo de la capa del plano de tierra alto y el costo de la vía más bajo. Eso da como resultado más "puentes" cortos en la capa del plano de tierra en lugar de trazas largas. Desafortunadamente, Eagle todavía tiende a agrupar estos puentes, incluso con el parámetro de abrazo establecido en 0. Después de la ruta automática final, limpio manualmente un poco el plano de tierra. Por lo general, esto no cambia la topología, sino que principalmente separa los puentes individuales entre sí para que fluya cobre entre ellos.
Aquí está el dibujo de la capa inferior de dicho tablero:
Esto muestra la capa inferior de nuestro programador PIC USBProg . Un circuito de esa complejidad no puede enrutarse en una sola capa, pero tenga en cuenta que hay muchas islas pequeñas individuales en lugar de trazas largas o grandes grupos de puentes en la capa inferior. En su mayor parte, las corrientes de retorno de alta frecuencia aún pueden fluir sin demasiada desviación de sus rutas ideales.
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