PCB de tierra y planos de potencia

Estoy designando una PCB de 4 capas con la siguiente pila: Señal superior, plano de tierra, plano de alimentación, señal inferior.

Esta es la primera PCB que hago así, que incluye un SMPS ruidoso con una frecuencia de conmutación de 600KHz, así como un módulo de 32MHz uC y un módulo inalámbrico de 2.4GHz. Deseo aislar el ruido de los diferentes bloques y evitar que interfiera en otro bloque, por ejemplo, los ruidos SMPS y uC no deberían interferir con el módulo inalámbrico. Para eso, estoy dividiendo el plano de potencia en tres áreas cerradas, una para cada voltaje (SMPS 'generó 5.0V y 3.3V y 5.0V desde un regulador lineal muy pequeño de 50mA para el sistema auxiliar de encendido), pero mantenga la tierra avión sin cortar y cubriendo todo el tablero. Los bloques de módulos SMPS, uC y inalámbricos están separados entre sí en la placa.

Las preguntas son:

1. ¿Esta disposición dividida ayudaría del ruido que viaja entre los módulos?
2. ¿Verter cobre molido en los lados superior e inferior ayudaría a reducir el ruido EMI externo a la placa?
3. ¿Sería mejor dividir también el plano de tierra (y NO verter tierra en los lados superior e inferior para evitar un bucle) y conectarlo en forma de estrella? Escuché que es mejor mantener el plano de tierra completo, pero todos parecen tener su propia versión.

Tengo entendido que un lugar en el suelo siempre debe estar por debajo o por encima de los rastros de señal y potencia para minimizar los bucles y reducir la EMI generada por la placa. Además, SI los diferentes bloques ya están físicamente separados en el tablero, sus corrientes de retorno fluirían en el plano de tierra no dividido sin interferir entre sí. ¿Es eso correcto? Pero también leí sobre dividir el plano de tierra en zonas, una para cada subsistema y conectar estos diferentes bloques en un solo punto (conexión en estrella). ¿Cuál es mejor y por qué?

¿Esta disposición dividida ayudaría del ruido que viaja entre los módulos?

Si tiene múltiples voltajes de alimentación y una placa de 4 capas, no tiene muchas opciones. Debe entregar diferentes voltajes a las diferentes cargas. Si reduce o aumenta el ruido tiene mucho que ver con los detalles de cómo lo diseñas, no es posible dar una respuesta general a esta pregunta. Mejor mirarlo, ya que tienes que dividir tu avión de poder --- ¿cuál es la mejor manera de hacerlo?

¿Verter cobre molido en los lados superior e inferior ayudaría a reducir el ruido EMI externo a la placa?

Puede, si proporciona múltiples vías para conectar el área de tierra de la capa externa al plano de tierra. También hará feliz a su vendedor fabuloso porque reducirá la cantidad de cobre que tienen que grabar para hacer su tablero.

Tenga cuidado de acercar la tierra de la capa externa a sus trazas de 2.4 GHz porque si está más cerca de, digamos, 5 anchos de traza, cambiará la impedancia característica de su línea de impedancia controlada.

¿Sería mejor dividir también el plano de tierra (y NO verter tierra en los lados superior e inferior para evitar un bucle) y conectarlo en forma de estrella? Escuché que es mejor mantener el plano de tierra completo, pero todos parecen tener su propia versión.

Respuesta corta: no.

Si prestas especial atención a cómo dividir el avión de potencia, y si tu circuito lo exige, entonces hay casos en los que puede mejorar las cosas.

Pero si desea una respuesta única de alguien que no sabe casi nada sobre el circuito que está diseñando, entonces la mejor respuesta es no dividir el plano de tierra.

Una cosa más a tener en cuenta

Su stack es señal-tierra-potencia-señal. Con divisiones en el plano de poder.

Cuando realice una ruta en la capa inferior, intente no cruzar las divisiones en el plano de potencia, porque esas trazas de la capa inferior utilizarán la red de energía, no la tierra, como la ruta de retorno para los componentes de alta frecuencia de la señal.

Además, tenga cuidado con las señales (de alta velocidad) que saltan de la capa superior a la inferior, ya que esto también requerirá una transición de la corriente de retorno de la red eléctrica a la red terrestre. Esta corriente de retorno probablemente pasará a través del condensador de desacoplamiento más cercano, por lo que la segunda mejor opción es colocar un condensador de desacoplamiento cerca de cada lugar donde la corriente de retorno debe cruzarse entre los planos. (Lo mejor no es cruzar entre planos).

Editar

Me estoy asegurando de que todas las señales de HF no se crucen, pero hay algunas pistas de DC que inevitablemente las cruzan. ¿Puede eso ser un problema?

Piense en esto: cuando dice que es una pista de CC, ¿quiere decir que el voltaje no cambia o que la corriente no cambia? Los cambios actuales son los que causan problemas al ejecutar una división. (Los cambios de voltaje son un problema solo porque generalmente causan cambios de corriente)

Por lo tanto, depende de si se trata de una señal "dc" como una línea de activación para una fuente de alimentación que se enciende una vez al inicio y luego se deja al mismo voltaje para siempre, o una vía de alimentación para algún riel adicional que no estaba No vale la pena hacer una división.

Una señal de control de CC no será un problema.

Si es una señal de potencia con una corriente de carga variable, puede solucionar el problema con los condensadores de desacoplamiento. Un condensador de desacoplamiento permite que los cambios de alta frecuencia de la corriente lleguen a través del camino corto a través del condensador en lugar del camino largo a través de la pista.