Routage PCB: EMI et intégrité du signal, retour des questions actuelles

S'il y a une leçon EMI / SI que j'ai suivi, c'est pour minimiser autant que possible les boucles de retour. Vous pouvez travailler beaucoup de directives EMI / SI à partir de cette simple déclaration.

Cependant, ne pas avoir vu ou même jamais vu Hyperlynx ou toute sorte d'outil de simulation RF complet ... il est quelque peu difficile d'imaginer sur quoi spécifiquement je dois me concentrer. Mes connaissances sont également entièrement basées sur le livre / Internet ... pas formelles ou basées sur trop de discussions avec des experts, donc j'ai probablement des conceptions ou des lacunes étranges.

Comme je l'imagine, j'ai deux composants principaux pour un signal de retour. Le premier est un signal de retour à basse fréquence (DC-ish) qui suit généralement comme vous vous attendez ... le long du chemin de résistance le plus bas à travers le réseau / l'avion de puissance.

Le deuxième composant est un signal de retour haute fréquence qui essaie de suivre la trace du signal sur le plan de masse. Si vous passez de couches de la couche supérieure à la couche inférieure sur une carte à 4 couches (signal, sol, puissance, signal), le signal de retour HF, si je comprends bien, essaiera de sauter du plan du sol au plan de puissance en faisant un détour par le chemin disponible le plus proche (cap de découplage le plus proche, espérons-le ... qui à HF pourrait aussi bien être court).

Je suppose que si vous mettez ces deux composants en termes d'inductance, alors c'est vraiment la même chose (près de la résistance DC est tout ce qui compte, à HF une inductance inférieure signifie suivre le long de la trace) .. mais il est plus facile pour moi de les imaginer séparément comme deux modes différents à traiter.

Si je vais bien jusqu'à présent, comment cela fonctionne-t-il sur les couches de signaux internes avec deux plans adjacents?

J'ai une carte à 6 couches (signal, masse, alimentation, signal, masse, signal). Chaque couche de signal a un plan de masse adjacent qui est entièrement ininterrompu (sauf pour les vias / trous, évidemment). La couche intermédiaire du signal a également un plan de puissance adjacent. Le plan de puissance est divisé en plusieurs régions. J'ai essayé de garder cela au minimum, mais mon split 5V, par exemple, prend la forme d'un grand "C" épais autour de l'extérieur de la carte. La plupart du reste est de 3,3 V, avec une région de 1,8 V sous la plupart des grands BGA, avec une très petite région de 1,2 V près du centre.

(1) Mon plan de puissance divisé me causera-t-il des problèmes même si je me concentre sur la garantie que les signaux ont de bons chemins de retour à travers les plans de masse? (2) Est-ce que le chemin de retour à basse fréquence faisant un large détour sur mon plan divisé en 5V en forme de "C" causera des problèmes? (Je pense généralement que non ...?)

Je peux imaginer que deux avions ininterrompus avec une inductance presque égale pourraient induire un courant de retour à circuler dans les deux ... mais ma conjecture sauvage est que tout détour important requis sur le plan de puissance ferait que le signal de retour se polariserait fortement vers le plan de masse.

(3) De plus, les couches intermédiaire et inférieure partagent le même plan de masse. Quelle est l'ampleur du problème? Je devinerais intuitivement que les traces directement les unes sur les autres partageant le même retour au sol interféreraient plus que le simple couplage de traces adjacentes sur la même couche. Dois-je travailler très dur là-bas pour m'assurer que cela ne se produise pas?

Je soupçonne qu'il peut y avoir un commentaire "oui en général, mais vous ne pouvez pas le savoir sans le simuler" à venir ... supposons simplement que je parle en général.

EDIT: Oh, je viens de penser à quelque chose. Est-ce que le fait de traverser un plan de puissance fendait une impédance de trace pour la stripline? Je peux en quelque sorte voir comment l'impédance de trace idéale est plus faible, en partie en raison du fait d'avoir deux plans ... et si l'un est cassé, cela pourrait-il être un problème ...?

EDIT EDIT: D'accord, j'ai partiellement répondu à ma question sur le partage d'un plan entre les couches de signaux. La profondeur de l'effet de peau limite probablement les signaux à leur propre côté de l'avion. (1/2 oz de cuivre = 0,7 mils, la profondeur de peau à 50 MHz est de 0,4 mil, 0,2 mil à 200 MHz ... donc tout ce qui dépasse 65 MHz devrait rester sur le côté de l'avion. Je suis surtout inquiet à propos des signaux DDR2 à 200 MHz, mais <65 MHz les composants de cela pourraient toujours être un problème)

Je pense que vous êtes sur la bonne voie, quelques notes,

1) Avec une trace de signal entre deux plans, le courant de retour se divisera entre les deux plans, même si l'un des plans est divisé. Le courant de retour ne peut pas "voir l'avenir" et décider à l'avance de l'avion sur lequel retourner. Il reviendra au-dessus et au-dessous de la trace jusqu'à ce qu'il voit la scission à quel point est dit "oh merde!" et vous rembourse en vous faisant éventuellement échouer aux tests FCC. Vous devez donc éviter d'exécuter des traces sur des divisions d'avion même si un autre plan adjacent n'est pas divisé. Vous pouvez gérer les divisions avec des condensateurs et autres, mais ce type de solution n'est pas idéal. Je m'efforcerais toujours d'éviter d'exécuter une trace sur un plan divisé sur un plan adjacent.

2) Les voies de retour larges sur les signaux DC n'ont pas vraiment d'importance.

3) Vous avez posé des questions sur deux couches de signaux partageant le même plan. Habituellement, ce n'est pas grave si cela est fait correctement. Beaucoup de gens utilisent une des couches comme couche de signal "horizontale" et l'autre comme couche de signal "verticale" afin que les courants de retour soient orthogonaux entre eux. Il est très courant d'acheminer deux couches de signaux pour chaque plan et d'utiliser cette technique horizontale / verticale. La chose la plus importante à retenir est de ne pas changer les plans de référence. Votre configuration peut être un peu délicate car le passage de la couche inférieure à la 4ème couche ajoute un autre plan de retour. Des planches à 6 couches plus typiques sont

1) ASignalHor 2) GND 3) ASignalVer 4) BSignalHor 5) PUISSANCE 6) BSignalVer

Si vous avez besoin d'avions supplémentaires plus petits, comme sous le micro, ceux-ci seront généralement placés sous forme d'îlot sur l'une des couches de signal. Si vous avez besoin d'utiliser plus d'avions de puissance, vous voudrez peut-être envisager de passer à plus de 10 couches.

4) L'espacement des plans est important et peut avoir un impact énorme sur les performances, vous devez donc le spécifier au bureau du conseil d'administration. Si vous prenez l'exemple de l'empilement de 6 couches que j'ai mentionné ci-dessus, un espacement de .005 .005 .040 .005 .005 (au lieu d'un empilement standard avec une distance égale entre les couches) peut améliorer l'ordre de grandeur. Il garde les couches de signaux proches de leur plan de référence (boucles plus petites).

Oui, vous répondez à peu près à vos propres questions. Pour ce que ça vaut, tout ce que vous déclarez est exactement comme je l'ai appris (divulgation: je suis également éduqué sur Internet / EMI / SI).

Je suis presque sûr que le fait de traverser des avions divisés ruinerait l'impédance de la stripline. Cependant, pour les non striplines, tant qu'un plan voisin fournit un chemin de courant de retour ininterrompu, vous devriez être d'accord avec EMI. Bien que je vérifie l'empilement pour m'assurer que le plan ininterrompu est physiquement plus proche de la couche de signal.

Je ne m'inquiéterais pas des courants de retour basse fréquence sur votre split 5V.