PCB et conception de connexions d'alimentation

J'ai conçu quelques PCB maintenant, mais je n'ai jamais beaucoup réfléchi aux bonnes pratiques. C'étaient de petites planches et la plupart de l'accent était mis sur le fait de s'assurer que tout ce qui devait être connecté était connecté.

Maintenant, je veux devenir plus sérieux dans la fabrication de planches bien conçues. J'ai conçu et repensé mon projet actuel plusieurs fois en essayant de trouver une bonne mise en page.

Ce projet est basé sur le mCU ATXMega256 fonctionnant sur un cristal de 16 MHz, environ 60 composants au total et 7 ou 8 d'entre eux étant des circuits intégrés.

Pour ma prochaine refonte, je prévois d'essayer "Manhattan Routing" pour au moins essayer d'aider avec des traces folles dans tous les sens - mais c'est un peu hors sujet.

Le problème que je semble rencontrer le plus est de comprendre une méthode appropriée pour alimenter chaque circuit intégré. Normalement, je les enchaîne simplement mais c'est une mauvaise pratique.

Voici mes questions concernant l'alimentation

1. J'ai entendu parler de la "configuration en étoile" où tous les circuits intégrés se connectent directement au régulateur, mais je n'en ai pas vu d'exemple réel, donc je ne sais pas comment intégrer cela à mes projets. Cela ressemble à un gâchis de traces provenant d'un tampon dans mon esprit. Pouvez-vous publier un exemple d'une configuration en étoile bien conçue?

2. Quels seraient les avantages et les inconvénients de l'utilisation de la configuration en étoile par opposition à un avion de puissance, à part l'évidence que la puissance est partout avec un avion.

3. Quand est-il acceptable ou non d'utiliser un avion pour VCC, en particulier pour une carte à 2 couches, car j'ai entendu dire que ce n'était pas aussi courant sur une carte à 2 couches?

4. Si je ne devais pas utiliser un avion de puissance, ce qui est mieux dans le cas de traces devant se croiser: utiliser des via pour GPIO ou des via pour l'alimentation?

5. S'il est correct d'utiliser un plan d'alimentation sur une carte à 2 couches, si VCC devait être sur la couche supérieure ou inférieure, j'aurais évidemment aussi un plan de masse.

Je sais qu'il n'y a pas de réponse gagnant / gagnant à ces questions parce que chaque projet va être différent et nécessiter une planification différente, mais je pense que le concept de base derrière cela devrait être quelque peu universel que les gens suivent. Vous devez connaître les règles avant de pouvoir les enfreindre.

Je me rends également compte que ces questions peuvent dépasser le cadre de la discussion en ligne, mais je recherche des réponses plus générales qui peuvent m'aider à me diriger dans la bonne direction.

Je recommande de consulter les directives de conception de PCB pour une réduction des interférences électromagnétiques de Texas Instruments.

Bien qu'il se concentre sur la réduction des interférences électromagnétiques, il offre des conseils ou des réponses à toutes vos questions, à l'exception de "Manhattan Routing".

La section 2.1 (environ 12 pages) concerne la mise à la terre et l'alimentation. Il comprend ces sections utiles:

2.1.7 Choses à faire et à ne pas faire pour les cartes à quatre couches
2.2.1
Distribution
monopoint vs multipoint 2.2.2 Distribution en étoiles 2.2.3 Grille pour créer des plans

Il montre comment se rapprocher des performances PCB EMI à 4 couches à l'aide d'une carte à 2 couches. Une partie de la réduction des interférences électromagnétiques consiste à garantir un bon routage et découplage de l'alimentation et de la masse.

Ce n'est pas strictement une réponse - je ne sais pas s'il y a vraiment une réponse définitive, ou simplement les opinions des gens. C'est trop long pour un commentaire, alors poursuivez-moi.

Comme je l'ai dit, ce n'est pas vraiment une réponse, c'est juste la façon dont je fais ma mise en page et mon routage - je ne sais pas à quel point c'est "correct" ou comment "correct", mais ça marche pour moi ™.

Le routage de Manhattan, bien que sympathique, n'est pas toujours la réponse. J'utilise une sorte de Manhattan hybride - la plupart du temps, c'est haut / bas et gauche / droite, mais pas toujours - cela dépend de la situation exacte. Je place via la réduction sur la direction de la trace - si je peux faire un peu de haut / bas sur le plan gauche / droit et supprimer le besoin de 2 vias, alors je le ferai.

Quant à la puissance - j'ai tendance à utiliser des boucles et des semi-étoiles. Considérez-le comme une étoile avec des boucles à la fin. Surtout quand une puce a peut-être 5 ou 6 broches d'alimentation, la trace d'alimentation de la puce formerait une boucle autour de toutes les broches et reviendrait au début. La même chose avec des groupes de puces. Ils ne retournent pas toujours directement au régulateur / circuit de puissance, mais ils reviennent à une trace de "tronc" d'impédance inférieure qui revient ensuite au régulateur.

Vias sur le pouvoir ou les E / S? Eh bien, cela dépend de la puissance et de l'IO. Vias introduit une inductance et une résistance accrues. Trop de vias d'alimentation peuvent provoquer une chute de tension excessive ou réduire la capacité de gestion du courant. Trop de vias sur IO peuvent réduire les vitesses d'horloge et les débits de données maximum avec lesquels vous pouvez travailler, et également augmenter les émissions EMI. En général, j'ai tendance à préférer garder les vias sous tension au minimum absolu. À cette fin, j'expose généralement les traces de puissance avant toute autre chose.

Si vous devez avoir un avion à moteur sur une carte à 2 couches (je n'en ai jamais - des avions au sol, oui, mais pas des avions à moteur), je pense qu'il est préférable de l'avoir en haut. Principalement parce que le plan de masse, qui serait alors en bas, serait normalement adjacent au châssis - et s'il est en métal et mis à la terre, le sol est à côté du sol et ne peut pas causer de courts métrages désagréables. Une alimentation près du sol peut provoquer des courts-circuits.