Mixed Signal PCB, 2 oder 4 Layer?

Ich entwerfe zurzeit eine Mixed-Signal-Platine für einen Kunden und habe viel über die Signalintegrität gelesen. Die meisten Bücher empfehlen eine 4-lagige Platine (oder mehr), da der Rauschwiderstand durch eine feste Grundplatte und bedingt ist Reduziertes Routing.

Die fragliche Karte verfügt über zwei 16-Bit-ADCs und zwei 16-Bit-DACs mit Operationsverstärkern im Analogteil, einen Mikrocontroller mit einigen Pegelwandlern und Mosfets im Digitalteil sowie zwei DC / DC-Wandler und einen LDO-Regler in der Stromversorgung Sektion. Der Platz ist keine große Einschränkung, aber es ist wichtig, dass der Analogabschnitt eine hohe Auflösung und ein geringes Rauschen aufweist. Es gibt einen I2C- und einen SPI-Bus, die zwischen dem digitalen Abschnitt und dem Rand des analogen Abschnitts verlaufen und mit weniger als 10 MHz arbeiten.

In Bezug auf das Routing kann ich dieses Board in 2 Schichten fertigstellen. Merke ich wirklich einen großen Unterschied in der Signalintegrität bei einer 4-Lagen-Platine und einer dedizierten Masseebene? Lohnt sich der Aufpreis? Ich neige mich zu 4, aber ich würde gerne Ihre Meinungen hören.

Vielen Dank im Voraus Jungs.

Lassen Sie mich zunächst meine Antwort klar formulieren. Eine vierlagige Platte bietet eine bessere Leistung. Der Unterschied ist nicht bei allen Boards so groß, aber mit dem 4-Lagen-Board können Sie Signal, Leistung und Masse auf vielfältigere Weise direkt übereinander verlegen. Wenn Sie den Boden direkt unter dem Motorflugzeug halten, wird das Übersprechen für Linien in unmittelbarer Nähe verringert und das Rauschen verringert, indem insgesamt bessere Routenoptionen möglich sind. Mit vier Schichten ist ein Einzelpunkt-Boden eine erreichbare Leistung, ohne auch die Grundebene in zwei Teile zu schneiden. Wenn für die Zweischichtlösung ein Schnitt über die Grundebene erforderlich ist, werden im Wesentlichen zwei Grundebenen erstellt, die durch zwei Punkte verbunden sind. Dies ermöglicht eine Stromschleife, die Rauschen verursacht, und dies kann durch Temperaturunterschiede, in der Nähe befindliche Elektronik usw. verstärkt werden. Ich bin mir nicht sicher, welchen Anwendungsfall dieses Gerät hat. Aber die Temperatur, die EMI in der Nähe und die Betriebsfrequenzen spielen alle eine Rolle. Wenn dies ein Design mit halbhoher Geschwindigkeit ist, dann wird eine Vier-Schicht definitiv die Integrität dieser Signalleitungen speichern. Ein Großteil davon hängt davon ab, wie viel Auflösung Sie von diesen ADCs benötigen. Wenn Sie wirklich 16 Bit benötigen, dann würde ich sagen, dass sich eine Leistungssteigerung von 5% von einem vierlagigen Board lohnt.

Eine großartige Referenz, aus der ich meine Designrichtlinien entnehme, ist ... http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf

Prost

Wenn Sie den größten Teil Ihres Routings auf der obersten Ebene ausführen können und auf der untersten Ebene zumeist feste Grundflächenabschnitte haben, würde ich sagen, dass ein zweischichtiges Board wahrscheinlich für Sie funktionieren sollte . Einer der wirklich großartigen Menschen, den ich im Laufe der Jahre kennengelernt habe - Dave Vanhorn - führt routinemäßig schnelle und hochdichte Boards auf zweilagigen Boards aus. Alle seine Produkte bestehen problemlos die Emissionsprüfungen. Aber er ist ein wahrer Meister dieser Kunst, während viele es nicht sind.

Unabhängig davon sieht Ihr Board ziemlich einfach aus. Teilen Sie die untere Masseebenenschicht für jeden Schaltungsblock in Abschnitte auf: Analog und Digital, und stellen Sie sicher, dass Sie wissen, wo die Rückströme fließen.

Es ist normalerweise in Ordnung, kleine Brüche in der Grundebene zu haben, in denen eine Spur eine andere überkreuzen muss. Diese Unterbrechungen sind jedoch klein und vollständig von Kupfer umschlossen, sodass nur die kurze Spur sichtbar wird, die unter der oberen Spur verläuft.

Anscheinend befindet sich der Regler, der die analogen Schaltkreise mit Strom versorgt, im Leistungsteil. Sie sollten ihn in den analogen Teil versetzen, damit sein GND-Referenzstift auf dem analogen GND-Teil sitzt. Auf diese Weise wird sein Ausgang auf analoge Masse bezogen, nicht auf rauschbehaftete Masse in der Nähe der Umschalter.

Bei einer Frage mit 2 oder 4 Ebenen verringert die Verwendung von 4 Ebenen die Schwierigkeit, ein sehr gutes Layout zu erstellen, und verringert somit die Wahrscheinlichkeit, einen Fehler zu machen. Wenn ein Fehler eine Pause bedeutet, sollten Sie die Kosten und Verzögerungen einer möglichen Pause im Vergleich zu den zusätzlichen Kosten für 4 Schichten abwägen.