PCB de signal mixte, 2 ou 4 couches?

Je conçois actuellement un PCB à signaux mixtes pour un client et j'ai beaucoup lu sur l'intégrité du signal et la plupart des livres recommandent une carte à 4 couches (ou plus) en raison de la résistance au bruit d'avoir un plan de masse solide et routage réduit.

La carte en question a deux ADC 16 bits et deux DAC 16 bits avec amplificateurs OP dans la section analogique, un microcontrôleur avec quelques décaleurs de niveau et mosfets dans la section numérique, et deux convertisseurs DC / DC et un régulateur LDO dans la puissance section. L'espace n'est pas vraiment une contrainte, mais il est important d'avoir une haute résolution et un faible bruit dans la section analogique. Il y a un I2C et un bus SPI fonctionnant entre la section numérique et le bord de la section analogique, fonctionnant à moins de 10 MHz.

En ce qui concerne le routage, je peux totalement réaliser cette carte en 2 couches. Vais-je vraiment remarquer une énorme différence d'intégrité du signal avec une carte à 4 couches et un plan de masse dédié? Vaut-il le coût supplémentaire? Je penche vers 4 mais j'aimerais entendre vos opinions.

Merci d'avance les gars.

permettez-moi d'abord d'exprimer clairement ma réponse. Une planche à quatre couches donnera de meilleures performances. La différence n'est pas flagrante pour toutes les cartes, mais la carte à quatre couches vous permettra d'acheminer le signal, l'alimentation et la terre directement les uns sur les autres dans une plus grande variété de façons. Garder le sol directement sous le plan d'alimentation réduira la diaphonie pour les lignes à proximité et réduira le bruit en permettant de meilleurs choix de routage dans l'ensemble. Avec quatre couches, le sol en un seul point est un exploit réalisable sans couper également le plan du sol en deux. Essentiellement, si la solution à deux couches nécessite une coupe à travers le plan de masse, vous créez deux plans de masse reliés par deux points. Cela permet une boucle de courant, provoquant du bruit, et cela peut être exacerbé par les différences de température, l'électronique à proximité, etc. Je ne suis pas sûr du cas d'utilisation de cet appareil, mais la température, les EMI proches et les fréquences de fonctionnement joueront tous. S'il s'agit d'une conception à vitesse semi-élevée, une couche à quatre couches sauvera certainement l'intégrité de ces lignes de signal. Cela dépend en grande partie de la résolution dont vous avez besoin de ces ADC. Si vous avez vraiment besoin de 16 bits, je dirais qu'une augmentation de 5% des performances d'une carte à quatre couches en vaut la peine.

Une excellente référence dont je tire mes directives de conception est ... http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf

À votre santé

Si vous pouvez faire la plupart de votre routage sur la couche supérieure et avoir principalement des sections de plan de masse solides sur la couche inférieure, je dirais qu'une carte à deux couches devrait probablement fonctionner pour vous. L'une des personnes vraiment géniales que j'ai rencontrées au fil des ans - Dave Vanhorn - fait régulièrement des cartes rapides et à haute densité sur des cartes à deux couches et ses produits passent tous les tests de conformité des émissions sans aucun problème. Mais il est un vrai maître de cet art alors que beaucoup ne le sont pas.

Quoi qu'il en soit, votre planche semble assez simple. Divisez la couche inférieure du plan de masse en sections pour chaque bloc de circuits: analogique et numérique et assurez-vous que vous savez où les courants de retour circulent.

Il est généralement normal d'avoir de petites ruptures dans le plan du sol où vous devez avoir une trace croisée. Mais ces ruptures sont petites et entièrement entourées de cuivre, exposant uniquement la courte trace qui passe sous la trace supérieure.

Il semble que le régulateur alimentant les circuits analogiques se trouve dans la section de puissance, vous devez le déplacer vers la section analogique, de sorte que sa broche de référence GND se trouve sur le GND analogique. De cette façon, sa sortie est référencée à GND analogique, pas à GND bruyant près des commutateurs.

Maintenant, pour votre question de 2 contre 4 couches, l'utilisation de 4 couches réduira la difficulté de faire une très bonne mise en page, donc cela réduira la probabilité de faire une erreur. Si une erreur signifie une répétition, vous devez peser le coût et les retards d'une répétition possible par rapport au coût supplémentaire de 4 couches.