Señal mixta PCB, 2 o 4 capas?

Actualmente estoy diseñando un PCB de señal mixta para un cliente y he estado leyendo mucho sobre la integridad de la señal y la mayoría de los libros recomiendan una placa de 4 capas (o más) debido a la resistencia al ruido de tener un plano de tierra sólido y Enrutamiento reducido.

La placa en cuestión tiene dos ADC de 16 bits y dos DAC de 16 bits con amplificadores OP en la sección analógica, un microcontrolador con algunos cambiadores de nivel y mosfets en la sección digital, y dos convertidores CC / CC y un regulador LDO en la alimentación. sección. El espacio no es una gran limitación, pero es importante tener alta resolución y poco ruido en la sección analógica. Hay un bus I2C y un bus SPI que se ejecutan entre la sección digital y el borde de la sección analógica, operando a menos de 10 MHz.

En cuanto al enrutamiento, puedo hacer esta placa en 2 capas. ¿Veré realmente una gran diferencia en la integridad de la señal con una placa de 4 capas y un plano de tierra dedicado? ¿Vale la pena el costo extra? Me estoy inclinando hacia 4 pero me gustaría escuchar sus opiniones.

Gracias de antemano chicos.

primero permítame indicar claramente mi respuesta. Una placa de cuatro capas dará un mejor rendimiento. La diferencia no es clara para todas las placas, pero la placa de cuatro capas le permitirá enrutar la señal, la potencia y el suelo, directamente una sobre la otra en una mayor variedad de formas. Mantener el terreno directamente debajo del plano de potencia reducirá la diafonía para las líneas de proximidad y reducirá el ruido al permitir en general mejores opciones de enrutamiento. Con cuatro capas, el suelo de un solo punto es una hazaña alcanzable sin cortar también el plano de tierra en dos. Esencialmente, si la solución de dos capas requiere cortar a través del plano de tierra, entonces está creando dos planos de tierra conectados por dos puntos. Esto permite un bucle de corriente, causando ruido, y esto puede verse exacerbado por los diferenciales de temperatura, la electrónica cercana, etc. No estoy seguro del caso de uso de este dispositivo, pero la temperatura, el EMI cercano y las frecuencias operativas jugarán. Si se trata de un diseño de velocidad semi alta, entonces una capa de cuatro salvará definitivamente la integridad de esas líneas de señal. Mucho de esto se reduce a la cantidad de resolución que necesita de esos ADC. Si realmente necesita 16 bits, entonces diría que vale la pena un aumento del 5% en el rendimiento de una placa de cuatro capas.

Una gran referencia de la que extraigo mis pautas de diseño es ... http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf

Salud

Si puede hacer la mayor parte de su ruta en la capa superior y tiene secciones de plano de tierra en su mayoría sólidas en la capa inferior, diría que una placa de dos capas probablemente debería funcionar para usted. Una de las personas realmente asombrosas que he conocido a lo largo de los años, Dave Vanhorn, rutinariamente hace tableros rápidos y de alta densidad en tableros de dos capas y todos sus productos pasan las pruebas de cumplimiento de emisiones sin ningún problema. Pero él es un verdadero maestro de ese arte, mientras que muchos no lo son.

De todos modos, su tablero se ve bastante simple. Divida la capa del plano de tierra inferior en secciones para cada bloque de circuito: analógico y digital y asegúrese de saber dónde fluyen las corrientes de retorno.

Por lo general, está bien tener pequeños descansos en el plano de tierra donde debe tener un rastro cruzado con otro. Pero esas roturas son pequeñas y están completamente encerradas con cobre, exponiendo solo la traza corta que se encuentra debajo de la traza del lado superior.

Parece que el regulador que alimenta los circuitos analógicos está en la sección de potencia, debe moverlo a la sección analógica, por lo que su pin de referencia GND se encuentra en la GND analógica. De esta manera, su salida está referenciada a GND analógico, no a GND ruidoso cerca de los conmutadores.

Ahora, para su pregunta de 2 versus 4 capas, el uso de 4 capas reducirá la dificultad de hacer un diseño muy bueno, por lo tanto, reducirá la probabilidad de cometer un error. Si un error significa un respin, entonces debe sopesar el costo y los retrasos de un posible respin versus el costo adicional de 4 capas.