Optimice la ruta de retorno de señal con condensadores de desacoplamiento en una placa de dos capas

Estoy diseñando un tablero de dos capas bastante complejo: realmente debería elegir uno de 4 capas, pero ese no es el punto aquí. Terminé con la colocación y el enrutamiento de componentes y estoy haciendo los toques finales, como asegurarme de que los planos de tierra cubran la mayor parte del tablero y estén bien unidos (también conocido como cuadrícula de tierra).

En ciertas áreas, tengo trazas de señal (por ejemplo, SPI) distribuidas sobre un plano de tierra, luego una traza de potencia (14V), luego otro plano de tierra. No hay forma de que pueda eliminar este rastro de potencia, por lo que pensé que podría dejar que las corrientes de retorno de la señal lo atraviesen teniendo algunos condensadores de desacoplamiento (100nF) entre el rastro de potencia y los planos de tierra, justo debajo de mis rastros de señal.

Aquí hay una imagen de lo que estoy pensando:

¿Es una buena idea reducir el área del bucle de señal y controlar la EMI?

No veo el punto para toda esta complejidad y estoy seguro de que agregar condensadores aumenta el ruido del circuito. Las señales digitales que pasan por una traza de potencia no son críticas siempre que coloque condensadores de desacoplamiento junto a los dispositivos alimentados. Las señales digitales son bordes relativamente rápidos y no deberían afectar mucho el rastro de potencia. La mayoría de los circuitos integrados también tienen un rechazo de ruido común en sus pines de la fuente de alimentación, por lo que realmente no es un gran problema. Además, su trazo SPI es perpendicular al trazo de potencia, lo que significa que la diafonía será mínima.

— lucas92

No estoy tan preocupado por la integridad de la señal o el acoplamiento entre trazas, este no es el punto de mi pregunta. La ruta de retorno de la señal es bastante larga y no está justo debajo de las trazas de la señal, que es lo que generalmente se recomienda. Recuerdo haber leído sobre la técnica que estoy tratando de aplicar en el caso de las señales USB y algunas notas de aplicación recomiendan el uso de condensadores para permitir que la corriente de retorno fluya lo más cerca posible de las trazas de señal en la otra capa.

Oh, estás preocupado por el camino de regreso al suelo. No entendí la pregunta. No estoy seguro de eso, probablemente terminarás agregando ruido a la traza de potencia, ¿verdad?

— lucas92

Eso es lo que me pregunto también. Las corrientes involucradas son realmente pequeñas y el rastro de potencia se filtra cerca de cada IC conectado a él (bypass caps), por lo que no estoy seguro de si será un problema.

Pero si lo hace de esta manera, ¿qué establecerá la referencia de CC al terreno GND local? ¿Necesita otro rastro para la referencia de DC?

— lucas92

Tienes razón en tu comprensión. La corriente de retorno de cualquier señal querrá seguir el mismo camino que la señal en sí usando un plano de tierra o potencia adyacente. Si el plano de tierra se rompe, todavía encontrará un camino de regreso a la fuente de la señal, pero por un camino más largo y menos óptimo que puede dar lugar a emisiones más altas y peor inmunidad. Si esto es un problema en su diseño depende de muchos factores, como la velocidad del reloj de las señales y, lo que es más importante, la velocidad de sus bordes.

Si crees que puede ser un problema (y presumiblemente lo haces), entonces la mejor solución es usar un tablero de 4 o más capas para tener un plano de tierra ininterrumpido. Usando una placa de 2 capas, puede agregar un enlace 0805 o 1206 de cero ohmios para unir los dos planos de tierra en el punto donde se rompen para proporcionar la ruta de retorno actual.

— Steve G
fuente

Ya me lo imaginaba. Podría optar por una placa de 4 capas en la próxima iteración de mi prototipo, pero a partir de ahora no es realmente una opción (y el cumplimiento de EMI aún no es un problema). La ranura creada por la traza de potencia es demasiado ancha para unirla con un cero ohmios, de ahí mi solución de condensador. También encontré este documento que sugiere que la costura del condensador es subóptima pero viable para frecuencias (o velocidades de borde) inferiores a 100MHz.

Olvidé mencionar que el documento vinculado anteriormente conecta directamente dos planos de referencia, mientras que tendría que "enrutar" la corriente de retorno de la señal a través de una traza intermedia.

No creo que su solución de condensador cause problemas, simplemente no creo que sea tan buena como unir directamente los planos con 0R.

— Steve G