PCB y diseño de conexiones de alimentación

He diseñado algunos PCB ahora, pero nunca he pensado mucho en las buenas prácticas. Eran tableros pequeños y la mayor parte del énfasis estaba en asegurarse de que todo lo que necesitaba estar conectado estuviera conectado.

Ahora quiero ser más serio en la fabricación de tableros bien diseñados. He diseñado y rediseñado mi proyecto actual varias veces tratando de llegar a un diseño atractivo.

Este proyecto se basa en el ATXMega256 mCU que se ejecuta en un cristal de 16Mhz, alrededor de 60 componentes en total y 7 u 8 de ellos son IC.

Para mi próximo rediseño, planeo darle una oportunidad a "Manhattan Routing" para al menos intentar y ayudar con los rastros locos en todos los sentidos, pero eso está un poco fuera de tema.

El problema con el que más me encuentro es entender un método apropiado para ejecutar la energía en cada IC. Normalmente, simplemente los encadenaba, pero se dice que es una mala práctica.

Aquí están mis preguntas relacionadas con el poder de alimentación.

1. He oído hablar de la "Configuración de estrella", donde todos los circuitos integrados se conectan directamente al regulador, pero no he visto un ejemplo real de eso, así que no estoy seguro de cómo diseñar eso en mis proyectos. Suena como un desastre de huellas saliendo de un bloc en mi mente. ¿Puedes publicar un ejemplo de una configuración de estrella bien diseñada?

2. Cuáles serían algunas de las ventajas y desventajas de usar la configuración de estrella en lugar de un plano de potencia, aparte de la obvia de que la potencia está en todas partes con un plano.

3. ¿Cuándo está bien o no está bien usar un plano para VCC, específicamente para una placa de 2 capas como he escuchado que no es tan común en una placa de 2 capas?

4. Si no debería usar un avión de poder, ¿cuál es mejor en el caso de que las huellas necesiten cruzarse entre sí: usando via para GPIO o via para poder?

5. Si está bien usar un plano de potencia en una placa de 2 capas, si VCC está en la capa superior o inferior, obviamente también tendría un plano de tierra.

Sé que no hay una respuesta ganar / ganar a estas preguntas porque cada proyecto será diferente y requerirá una planificación diferente, pero creo que el concepto básico detrás de esto debería ser algo universal que la gente siga. Tienes que conocer las reglas antes de poder romperlas.

También me doy cuenta de que estas preguntas pueden estar más allá del alcance de la discusión en línea, pero estoy buscando respuestas más generales que puedan ayudarme a tomar la dirección correcta.

Recomiendo consultar las Pautas de diseño de PCB para EMI reducido de Texas Instruments.

Si bien se centra en reducir EMI, ofrece consejos o respuestas a todas sus preguntas, excepto "Manhattan Routing".

La Sección 2.1 (aproximadamente 12 páginas) trata sobre Tierra y energía. Incluye estas secciones útiles:

2.1.7 Qué hacer y qué no hacer en el plano de potencia para tableros de cuatro capas
2.2.1 Distribución de punto único frente a multipunto
2.2.2 Distribución de estrellas
2.2.3 Cuadrícula para crear planos

Muestra cómo acercarse al rendimiento EMI de PCB de 4 capas utilizando una placa de 2 capas. Parte de la reducción de EMI es garantizar que haya buena potencia y enrutamiento y desacoplamiento a tierra.

Esto no es estrictamente una respuesta: no sé si realmente hay una respuesta definitiva, o solo las opiniones de las personas. Sin embargo, es demasiado largo para un comentario, así que denúnciame.

Como dije, esta no es realmente una respuesta, es solo cómo hago mi diseño y enrutamiento: no sé cuán "correcto" es o cuán "apropiado", pero funciona para mí.

La ruta de Manhattan, aunque agradable, no siempre es la respuesta. Utilizo una especie de Manhattan híbrida, la mayoría de las veces es arriba / abajo e izquierda / derecha, pero no siempre, depende de la situación exacta. Coloco mediante reducción sobre la dirección del trazado: si puedo hacer un poco hacia arriba / abajo en el plano izquierdo / derecho y eliminar la necesidad de 2 vías, lo haré.

En cuanto a la potencia, tiendo a usar bucles y semi estrellas. Piense en ello como una estrella con bucles en el extremo. Especialmente cuando un chip tiene quizás 5 o 6 pines de alimentación, la traza de potencia del chip formaría un bucle alrededor de todos los pines y volvería al principio. Lo mismo con grupos de chips. No siempre regresan directamente al circuito regulador / de alimentación, pero sí regresan a una traza de "troncal" de menor impedancia que luego regresa al regulador.

¿Vias en el poder o IO? Bueno, depende del poder y del IO. Las vías introducen mayor inductancia y resistencia. Demasiados vias en la alimentación pueden causar una caída excesiva de voltaje o reducir la capacidad de manejo de corriente. Demasiados vias en IO pueden reducir las velocidades máximas de reloj y las velocidades de datos con las que puede trabajar, y también aumentar las emisiones EMI. En general, aunque tiendo a preferir mantener las vías de poder al mínimo absoluto. Con ese fin, suelo exponer las huellas de poder antes que nada.

Si debe tener un avión de potencia en una placa de 2 capas (yo nunca lo haré, planos de tierra, sí, pero no planos de potencia), creo que es mejor tenerlo en la parte superior. Principalmente porque el plano de tierra, que luego estaría en la parte inferior, normalmente estaría adyacente al chasis, y si eso es de metal y conectado a tierra, entonces el suelo está al lado del suelo y no puede causar ningún cortocircuito desagradable. El poder cerca del suelo puede causar cortocircuitos.