Details zum PCB-Layout für den Mikrocontroller

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Update : Die Folgefrage zeigt meine Einstellung zum resultierenden PCB-Layout.

Ich lege mein erstes Board mit einem uC aus (ich habe eine angemessene Erfahrung in der Verwendung und Programmierung eingebetteter Systeme, aber dies ist das erste Mal, dass ich das PCB-Layout mache), einem STM32F103, dies wird ein Mixed-Signal-Karte, die sowohl die internen DACs des STM als auch einige externe DACs über SPI verwendet, und ich bin etwas verwirrt über die Erdung.

Die Antworten auf diese Fragen:

Stellen Sie klar, dass ich eine lokale Erdungsebene für die uC haben sollte, die an genau einem Punkt mit der globalen Erdung verbunden ist, und ein lokales Stromnetz, das an derselben Stelle mit der globalen Erdung verbunden ist. Das mache ich also. Mein 4-Schicht-Stapel ist dann:

  • lokale GND-Ebene + Signale, uC, es sind 100nF-Entkopplungskappen und der Kristall
  • globales GND, ungebrochen mit Ausnahme von Durchkontaktierungen. Laut Quellen wie Henry Ott ist die Grundebene ungeteilt, wobei die digitalen und analogen Abschnitte physikalisch getrennt sind.
  • Stromversorgung, eine 3,3-V-Ebene unter dem IC, dicke Spuren für die externen 3,3-V-DACs, dickere Spuren für die Verteilung der Volt im analogen Bereich.±15
  • Signal + 1uF Entkopplungskappen

Weiter entfernt auf der Platine befinden sich die analogen Komponenten und Signale auf der oberen und unteren Schicht.

Also die Fragen:

  1. sollte ich den globalen Boden unter der uC brechen, oder ist es gut, die volle Grundebene unter der lokalen zu haben?
  2. Leistungsebene: Ich beabsichtige, eine Leistungsebene nur unter der uC zu haben und Vias zu verwenden, um die Energie zu den Entkopplungskappen und damit zur uC auf der obersten Schicht zu bringen, da ich anderswo nicht wirklich eine verwenden kann. Die externen DACs sollten sternverteilt sein, daher habe ich separate Spuren für sie, und der Rest der Platine ist Volt. Klingt das in Ordnung?±15
  3. Ich verwende sowohl den ADC als auch den DAC des uC und generiere eine Referenzspannung im analogen Bereich der Platine, die ich mit einer Spur auf der Leistungsebene zum Vref + -Pin des uC bringe. Wo soll ich den Vref-Pin anschließen: lokale Erdung, globale Erdung oder eine separate Spur in der Leistungsebene, die ihn mit der globalen Erdung im analogen Abschnitt verbindet, wo die Erdung ruhig sein sollte? Vielleicht in der Nähe des Ortes, an dem die Referenzspannung erzeugt wird? Beachten Sie, dass sich beim STM32 der Vref- vom analogen Erdungs-VSSA-Pin unterscheidet (der vermutlich zur lokalen GND-Ebene geht?).

Alle anderen Kommentare zum Design hier sind natürlich auch willkommen!

Timo
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Viele Suchfragen führen zu vielen guten Antworten mit guten Kommentaren. Viele gute Praktiken können jedoch gelernt werden, indem man studiert, was andere getan haben. Nehmen Sie viele hochwertige (ähnliche 4-lagige) Mischsignal-Leiterplatten und entlöten Sie große Komponenten mit einem Druckluftwerkzeug. Untersuchen Sie, wie die Power Vias verwaltet werden. Sie möchten die besten Praktiken von professionellen Designern lernen, da einige der Dinge nie in Bücher gelangen. Es handelt sich lediglich um hausinterne Faustregeln, die durch mündliche und (über die Schulter gehende) Nähe übertragen werden. Achten Sie nicht so sehr auf billige Consumer-Designs.
KalleMP

Antworten:

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Sie benötigen nicht unbedingt eine lokale Grundplatte für das Mikro. Die lokale Masse kann ein Stern mit dem Mittelpunkt unter dem Mikro sein, wo dieser Stern beispielsweise wieder mit der Haupterde verbunden ist.

Wenn Sie mindestens 4 Schichten haben, kann es sinnvoll sein, eine der Schichten in unmittelbarer Nähe des Mikros einem lokalen Boden zuzuweisen. Wenn dies das Routing zu schwierig macht oder es sich um eine zweischichtige Platine handelt, verwenden Sie einfach die Sternkonfiguration. Der Hauptpunkt besteht darin, den vom Mikro aufgenommenen Hochfrequenzstrom von der Haupterdebene fernzuhalten. Wenn Sie dies nicht tun, haben Sie eine Patch-Antenne mit Mittelspeisung anstelle einer Grundebene.

Die Schleife vom Micro Power Pin zur Bypass-Kappe zum Micro Ground Pin sollte die Haupterdebene nicht kreuzen. Hier fließen die hochfrequenten Leistungsströme. Verbinden Sie den Erdungsstift an einer Stelle mit der Haupterde, aber verbinden Sie die Erdungsseite der Bypasskappe nicht separat mit der Haupterde. Die Erdungsseite der Bypasskappe sollte eine eigene Verbindung zum Erdungsstift des Mikros haben.

Digitale Signale, die zwischen dem Mikro und anderen Teilen der Platine übertragen werden, haben immer noch einen kleinen Schleifenbereich, da das Mikro in der Nähe seines Erdungsstifts mit der Haupterde verbunden wird.

Olin Lathrop
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Olin, wenn Sie einige Referenzen veröffentlichen könnten, um Ihre "Patch-Antennen" -Theorie zu unterstützen, wäre das dankbar.
Armandas
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@ Timo: Der Vref-Pin zieht sehr wenig Strom und wird als 0-Referenz für den A / D verwendet. Dies sollte direkt mit der Hauptgrundplatte mit einem eigenen privaten Via verbunden werden.
Olin Lathrop
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@Arm: Ich sage nicht, dass die Grundebene nicht fest sein sollte. Entscheidend ist die Art und Weise, wie die Masse des Prozessors damit verbunden ist. Wenn Sie genau hinschauen, sehen Sie möglicherweise ein lokales Erdungsnetz mit einer einzigen Verbindung zur Haupterde. Außerdem können Sie häufig mit weniger als Best Practices davonkommen. Open-Source-Projekte müssen sich keine Gedanken über die Kosten von Feldausfällen machen oder über den 1: 10000-Fall, in dem es nicht ganz richtig funktioniert, oder sogar oft über Emissionsgrenzwerte (nicht, dass dies legal ist, aber viel weniger wahrscheinlich) FCC wird es bemerken).
Olin Lathrop
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Das Problem mit dem Vref + -Pin ist, dass Sie das Rauschen fernhalten möchten. Sie sind nicht besorgt darüber, dass es den Rest des Systems verschmutzt. Wenn Sie es verwenden, kommt es wahrscheinlich sowieso von einem separaten Regler. Sie können die andere Seite der Bypass-Kappe mit der Haupterde verbinden oder sie mit dem analogen Erdungsstift verbinden, falls dieser Chip einen hat, und dieses Netz dann mit der Haupterde in der Nähe des analogen Erdungsstifts verbinden.
Olin Lathrop
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@Bip: Auch hier ist der lokale Boden nicht unbedingt ein Flugzeug.
Olin Lathrop
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  1. Nein, das solltest du nicht. Und den sogenannten "lokalen Boden" loswerden. Was passiert Ihrer Meinung nach mit all den digitalen Signalen, wenn Sie diesen lokalen Boden implementieren? Sie sollten die Antwort in finden Henry Ott 'Artikel , den Sie verlinkt haben (Abbildung 1).

    Sicher, Sie haben eine Verbindung zwischen lokaler Masse und der Grundebene, aber alles, was Sie tun, ist, die Schleifenfläche zu vergrößern und Ihre Trances im Wesentlichen in kleine Antennen zu verwandeln.

  2. Das klingt gut.

  3. Das Referenzhandbuch besagt, dass V REF- an V SSA angeschlossen werden muss, das wiederum an V SS angeschlossen werden muss . Ich schlage vor, dass Sie den V REF- direkt mit Masse verbinden und versuchen, digitale Ströme durch geschickte Platzierung aus dem Weg zu räumen .

Wenn 1uF-Kappen die einzigen Komponenten sind, die Sie unten platzieren möchten, empfehle ich Ihnen, sie oben zu platzieren. Wenn Sie Komponenten auf beiden Seiten haben, muss der Hersteller die Platine entweder zweimal durch den Ofen laufen lassen oder die Komponenten von Hand löten. Beides erhöht die Herstellungskosten.

Armandas
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Möglicherweise möchten Sie einen Link zu dem Ott-Artikel einfügen, auf den Sie verweisen.
Akohlsmith
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@akohlsmith Ich bezog mich auf den gleichen Artikel wie OP, fügte aber jetzt einen Link hinzu.
Armandas
Im analogen Bereich befinden sich unten ziemlich viele Komponenten, es handelt sich also nicht nur um die großen Entkopplungskappen.
Timo
Tut mir leid, ich hätte wirklich die Hälfte Ihrer Antwort und die Hälfte von Olins akzeptieren wollen, wenn das möglich wäre, aber ich habe mich für Olins entschieden, da ich die lokale Grundebene gemacht habe (wie in der anderen Frage zu sehen)
Timo
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Sie können feststellen , diese Antwort nützlich.

Es gibt einige Male, in denen ich wirklich separate Ebenen verwende (solche Anwendungen existieren noch), aber nicht für eine Schaltung wie Ihre.

Eine sorgfältige Platzierung der Komponenten und ein wenig Nachdenken über die Leistung / den Boden sollten Ihnen helfen, ein gutes Layout zu erzielen.

Peter Smith
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