Quels sont les avantages d'avoir deux coulées?

J'ai vu beaucoup de PCB à 2 couches qui ont une coulée sur les couches supérieure et inférieure, je me demandais pourquoi faire cela? et ne serait-il pas préférable d'utiliser la couche supérieure pour l'alimentation et les signaux et la couche inférieure pour la terre afin de simplifier le routage tout en tirant parti de la capacité entre les plans?

pcb pcb-design ground

— mux
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Ce n’est pas vraiment une réponse, mais je proposerais que la raison principale, c’est simplement parce qu’ils pensent que c’est bien, que ce serait autrement de l’espace perdu, etc. Vous pouvez libérer les connexions au sol en supposant au moins une via la connexion à votre plan de masse inférieur ou si la couche supérieure peut frapper le patin pour obtenir une broche de trou traversant qui se trouve être rectifiée. .. ou comme dit Olin ... la religion prend pied. :)

— Toby Lawrence

oui, je ne pouvais pas penser à une bonne raison pour cela non plus, si c'était un avion électrique, alors peut-être la capacité, mais à quoi bon deux couches de sol? surtout que le premier est le plus susceptible d'être mal coupé, avec tous les composants sur le dessus, alors j'ai pensé que je demanderais :)

— mux

Une des bonnes raisons pour les avions des deux côtés est de garder à peu près la même quantité de cuivre de chaque côté du circuit imprimé. Si un côté a beaucoup plus de cuivre que l'autre, le circuit imprimé sera plus susceptible de se déformer. C'est l'une des raisons pour lesquelles les circuits imprimés multicouches sont souvent symétriques sur leur empilement de couches. Cependant, le risque exact de déformation n’est pas clair pour moi, mais des fabricants de PCB ont fait des commentaires alors que je ne l’avais pas bien fait.

En plus de ce que David a dit, le tour board shop aime avoir une quantité maximale de cuivre sur chaque couche, car elle minimise le taux d'utilisation de l'agent d'attaque. Si vos volumes ne sont pas extrêmement élevés, il n’a pas de sens de s’inquiéter à ce sujet.

— Le Photon

Réponses:

Une bonne disposition et de bonnes bases semblent mal comprises, de sorte que la religion trouve un pied. Vous avez raison, il y a vraiment très peu de raisons d'utiliser le haut et le bas d'un panneau à deux couches comme support.

Ce que je fais habituellement pour les cartes à double couche est de placer le plus possible d'interconnexions sur la couche supérieure. C'est là que les broches des pièces se trouvent déjà, de même que la couche logique à utiliser pour les connecter. Malheureusement, vous ne pouvez généralement pas tout router sur une seule couche. Faire attention et bien réfléchir au placement des pièces aidera à cela, mais dans le cas général, il n'est pas possible de tout router dans un seul avion. J'utilise ensuite le plan inférieur pour les "cavaliers" courts uniquement lorsque cela est nécessaire pour que le routage fonctionne. Le plan inférieur est sinon rectifié.

Le truc est de garder ces cavaliers sur la couche inférieure courts et de ne pas se toucher. La mesure de la qualité restante d'un plan de masse correspond à la dimension linéaire maximale d'un trou, et non au nombre de trous. Un tas de traces courtes de 200 mil dispersées ne vont pas empêcher l'avion au sol de faire son travail. Cependant, le même nombre de traces de 200 mil regroupées pour former une île d'un pouce de profondeur est une perturbation bien plus importante. En gros, vous voulez que le sol coule autour de toutes les petites perturbations.

Réglez le coût du routeur automatique sur la couche inférieure et ne le pénalisez pas beaucoup pour les vias. Cela mettra automatiquement la plupart des interconnexions sur la couche supérieure. Malheureusement, les algorithmes de routage automatique que j'ai vus ne semblent pas pouvoir être modifiés pour ne pas regrouper les cavaliers. Dans Eagle, par exemple, il y a l' étreinte paramètre . Même si vous désactivez cette option, vous obtenez toujours des cavaliers groupés. Laissez le routeur automatique faire le gros du travail, puis nettoyez les choses après. Parfois, vous pouvez trouver un cas où un petit réarrangement peut éliminer complètement un cavalier. Cependant, vous passerez plus de temps à déplacer les cavaliers à part pour ne pas créer de grandes îles.

En ce qui concerne les avions à moteur, c'est surtout une religion idiote. Acheminez le courant comme n'importe quel autre signal, même si dans ce cas, vous devez tenir compte de la chute de tension due à la résistance aux traces, car les traces de puissance traitent probablement un courant important. Heureusement, même des traces de cuivre de 1 oz sur un circuit imprimé ont une résistance assez faible. Vous pouvez créer des traces de puissance de 20 mil ou autre au lieu de 8 mils pour les traces de signal. Dans tous les cas, le fait est que la résistance du courant continu compte, mais ce n’est généralement pas un problème, sauf si vous avez une conception à courant élevé.

L'impédance AC n'est pas tout à fait pertinente, ce que les religieux ne semblent pas avoir. En effet, l'alimentation est localement contournée vers le plan de masse à chaque point d'utilisation. Si vous avez un bon plan de masse, vous n'avez pas besoin de plans de puissance séparés pour la plupart des conceptions ordinaires, il vous suffit de bien contourner chaque câble d'alimentation de chaque partie. Le capuchon de dérivation se connecte directement entre les broches d’alimentation et de terre, puis un via se trouve juste au niveau de la broche de terre pour se connecter au plan de masse de la couche inférieure.

Le courant de boucle de puissance haute fréquence d'une pièce doit sortir de la broche d'alimentation, à travers le capuchon de dérivation, et revenir à la broche de terre sans jamais traverser le plan de sol. Cela signifie que vous n'utilisez pas de via séparé pour le côté terre du bouchon de dérivation. Connectez-le directement à la broche de terre sur le dessus, puis connectez ce réseau au plan de masse avec un via en un point unique. Cette technique aidera beaucoup avec les émissions RF et la propreté en général.

— Olin Lathrop
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C'est une excellente réponse, merci Monsieur, donc, si je comprends bien, surtout à partir du dernier paragraphe, je ne devrais pas utiliser une coulée sur la couche supérieure, n'est-ce pas? c'est inutile ? De plus, devrais-je utiliser des cavaliers courts sur la couche inférieure, même si cela signifie que certains signaux ne suivront pas l'itinéraire le plus direct?

— Mux

@mux: Oui dans la plupart des cas. Les exceptions sont les signaux spéciaux haute vitesse, les signaux qui doivent être contrôlés par l'impédance, les signaux qui doivent être mis en correspondance avec le retard, etc. Cependant, vous ne les trouverez généralement pas sur une carte à 2 couches. Celles-ci impliquent généralement d’autres dépenses telles que le passage à 4 couches ou plus est un coût supplémentaire mineur.

— Olin Lathrop

@OlinLathrop Je ne comprends vraiment pas. Oui, les capuchons de découplage donnent déjà un chemin très faible impédance. Disons que nous négligeons toutes les inductances de toutes les traces. Ensuite, nous ne sommes repartis qu'avec des demandes de courant soudaines de (disons) IC. OK, le découplage va donner ça. Mais comment et par où le capuchon de découplage va se recharger, pour la prochaine demande soudaine? Aura-t-il le temps de recharger? Je suis vraiment confus.

— Abdullah Kahraman

@ Nick: Peu importe l'endroit exact où se trouve le sol le long du chemin, de la broche de terre au côté sol du capuchon de découplage, car ce chemin doit être court de toute façon. Le point important est que la boucle existe sans que le plan de sol soit implanté. Ainsi, les courants de boucle haute fréquence sont éloignés du plan de sol, qui serait sinon une antenne patch alimentée par le centre. Je vais plus en détail à electronics.stackexchange.com/a/15143/4512 .

— Olin Lathrop

@abdullahkahraman: C'est là qu'interviennent plusieurs casquettes, une petite capable de gérer les fréquences les plus élevées des pics et une plus grande capable de gérer les fréquences les plus basses. Être à proximité du plus grand peut également recharger le petit plus rapidement que par l'alimentation en tension.

— Nemo157

Avoir un avion de puissance en haut et une masse en bas ne donnerait pratiquement aucune capacité.

$C = k \cdot \epsilon_0 \cdot A / d$

$\epsilon_0$ $A$ $d$ $\times$

$C = 4.5 \cdot 8.85 pF/m \cdot 0.016 m^2 / 0.0016 m = 400 pF$

Le découplage des condensateurs vous en donnera beaucoup plus. En outre, correctement découplé, peu importe que vous utilisiez de la terre ou de l'énergie pour les coulées de cuivre; pour HF ils devraient être les mêmes. Généralement, la terre est choisie parce que ce réseau aura le plus de connexions, et il sera plus facile de connecter les différentes coulées de cuivre isolées au sommet à la coulée de cuivre de l'autre côté.

— stevenvh
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Oui, mais 400 pF peuvent être assez importants aux fréquences les plus élevées qui doivent être découplées - par exemple, une impédance de 4 ohms à 100 MHz - et cette capacité a le moins de résistance série et d'inductance qui lui est associée. Très important dans les conceptions à très grande vitesse, mais si vous effectuez ce type de travail, vous utilisez probablement plus de deux calques et moins d'espacement entre les plans.

— Dave Tweed

@ Dave - D'accord, mais le 400 pF est pour un PCB composé uniquement de cuivre coule. Le routage réduira considérablement la surface et les connexions entre les îles auront aussi leur inductance. Pour HF, je choisirais une couche de 4 couches et utiliserais les couches intérieures pour les plans de masse et de puissance. La distance sera plus faible = plus grande capacité et il n'y aura pas beaucoup de coupures si.

— stevenvh

la capacité est donc insignifiante, du moins pour une carte à circuit imprimé à 2 couches, donc mis à part le fait d'avoir de nombreuses connexions à la terre, il n'y a vraiment aucune bonne raison d'utiliser un écoulement à la terre sur la couche supérieure? correct ?

— mux

@mux - Pas vraiment: vous voulez couper le moins possible dans le plan de sol de la couche inférieure, ce qui signifie que tout le routage sur la couche supérieure laissera trop peu de plan de sol à cet endroit. OTOH, placer une coulée de cuivre ne fera pas mal, et si c'est aussi moulu, vous pouvez connecter des îles isolées par des vias. Si la coulée de cuivre est supérieure à Vcc, relier les îles peut être plus difficile et moins logique. Mais Dave n'est pas complètement d'accord, j'ai bien peur :-).

— stevenvh

@DaveTweed N'oubliez pas que le nombre de 400 pF mentionné par Stevenvh concerne l'ensemble du circuit imprimé de 160 x 100 mm. J'espère que les voies de retour haute fréquence pour un signal donné ne "traversent" pas la totalité du circuit imprimé et que vous ne pouvez donc pas vraiment bénéficier de la totalité des 400 pF.