Details zum PCB-Layout für den Mikrocontroller

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:

• Entkopplungskappen, Leiterplattenlayout
• Konkurrierende PCB Crystal Layout-Empfehlungen
• Mixed-Signal-PCB-Layout für PSoC

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.$\pm15$
• 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?$\pm15$
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!

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.

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.

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.