Detalles sobre el diseño de PCB para microcontrolador

Actualización : la pregunta de seguimiento muestra mi opinión sobre el diseño de PCB resultante.

Estoy diseñando mi primera placa con un uC (tengo una experiencia razonable en el uso y la programación de sistemas integrados, pero esta es la primera vez que hago el diseño de la PCB), un STM32F103, este será un tablero de señal mixta que usa tanto los DAC internos del STM como algunos DAC externos a través de SPI, y estoy un poco confundido acerca de la conexión a tierra.

Las respuestas a estas preguntas:

• Tapas de desacoplamiento, diseño de PCB
• Recomendaciones de diseño de PCB Crystal competidoras
• Diseño de PCB de señal mixta para PSoC

establezca claramente que debería tener un plano de tierra local para la uC, conectado a la tierra global en exactamente un punto, y una red de energía local, conectada a la energía global cerca de ese mismo punto. Entonces esto es lo que estoy haciendo. Mi pila de 4 capas es entonces:

• plano GND local + señales, uC, son tapas de desacoplamiento de 100nF, y el cristal
• GND global, ininterrumpido excepto por vias. De acuerdo con fuentes como Henry Ott , el plano de tierra no está dividido, con las secciones digital y analógica físicamente separadas.
• alimentación, un plano de 3.3V debajo del CI, trazas gruesas para los DAC externos de 3.3V, trazas más gruesas para distribuir los voltios en la sección analógica.$\pm15$
• señal + 1uF tapas de desacoplamiento

Más lejos en el tablero, los componentes analógicos y las señales están en las capas superior e inferior.

Entonces las preguntas:

1. ¿Debo romper el suelo global bajo la UC, o es bueno tener el plano de tierra completo debajo del local?
2. Plano de potencia: tengo la intención de tener un plano de potencia solo debajo de la uC y usar vías para llevar la potencia a las tapas de desacoplamiento y, por lo tanto, la uC en la capa superior, ya que realmente no puedo usar mucho en otro lugar. Los DAC externos deben estar distribuidos en estrella, por lo que tengo pistas separadas para ellos, y el resto del tablero es voltios. ¿Esto suena bien?$\pm15$
3. Estoy usando tanto el ADC como el DAC de la uC, y genero un voltaje de referencia en la sección analógica de la placa, que llevo al pin Vref + de la uC con una pista en el plano de alimentación. ¿Dónde debo conectar el Vrefpin: tierra local, tierra global, o hacer una pista separada en el plano de potencia que lo conecta a la tierra global en la sección analógica, donde la tierra debe estar en silencio? ¿Quizás cerca de donde se genera el voltaje de referencia? Tenga en cuenta que en el STM32 el Vref- es distinto del pin VSSA de tierra analógico (que supongo que va al plano GND local).

Cualquier otro comentario sobre el diseño aquí también es bienvenido.

No necesariamente necesita un plano de tierra local para el micro. El suelo local puede ser una estrella con el punto central debajo del micro, que es donde esta estrella se conecta de nuevo al suelo principal, por ejemplo.

Si tiene al menos 4 capas, entonces puede tener sentido dedicar una de las capas en la vecindad inmediata del micro a un terreno local. Si esto hace que el enrutamiento sea demasiado difícil o si se trata de una placa de dos capas, solo use la configuración en estrella. El punto principal es mantener la corriente de potencia de alta frecuencia extraída por el micro del plano de tierra principal. Si no hace eso, tiene una antena de parche alimentada por el centro en lugar de un plano de tierra.

El bucle del micro pin de alimentación, a la tapa de derivación, al micro pin de tierra no debe cruzar el plano de tierra principal. Aquí es donde se ejecutarán las corrientes de potencia de alta frecuencia. Conecte el pin de tierra a la tierra principal en un lugar, pero no conecte el lado de tierra de la tapa de derivación a la tierra principal por separado. El lado de tierra de la tapa de derivación debe tener su propia conexión de regreso al pin de tierra del micro.

Las señales digitales que van entre el micro y otras partes de la placa aún tendrán un área de bucle pequeña porque el micro se conectará a la tierra principal cerca de su pin de tierra.

1. No, no deberías. Y deshacerse del llamado "terreno local". ¿Qué crees que está sucediendo con todas las señales digitales cuando implementas este terreno local? Debes encontrar la respuesta en el artículo de Henry Ott que vinculaste, Figura 1.

   Claro, tienes una conexión entre la tierra local y el plano de tierra, pero todo lo que haces es aumentar el área del bucle, convirtiendo tus trances en pequeñas antenas.

2. Eso suena bien.

3. El manual de referencia dice que V _REF- debe estar conectado a V _SSA, que a su vez debe estar conectado a V _SS . Le sugiero que simplemente conecte el V _REF- directamente a tierra e intente mantener las corrientes digitales fuera del camino utilizando una ubicación inteligente.

En cuanto a las sugerencias, si las tapas de 1uF son los únicos componentes que planea colocar en la parte inferior, le recomiendo que las coloque en la parte superior. Cuando tiene componentes en ambos lados, el fabricante tiene que pasar la placa por el horno dos veces o soldar los componentes a mano. Ambos aumentarán el costo de fabricación.

Puede encontrar esta respuesta útil.

Hay muy pocas veces que uso planos verdaderamente separados (tales aplicaciones todavía existen), pero no para un circuito como el suyo.

La colocación cuidadosa de los componentes y un poco de reflexión sobre la potencia / tierra deberían ayudarlo a lograr un buen diseño.