2-lagiges PCB-Design, Through-Hole-Technologie und Groundplane

Ich denke, all diese anderen Antworten verkomplizieren das Problem zu sehr. Durchkontaktierte Designs sind in vielen Fällen legitim, ebenso wie 2-Lagen-Boards.

Ich würde empfehlen, eine Masseebene und eine Signal- / Leistungsebene zu verwenden, es sei denn, Sie haben einen Grund, dies nicht zu tun. Diese Designmethode hat sich bewährt und ich sehe keinen Grund, warum Sie sie nicht verwenden sollten. Ich denke, es spielt keine Rolle, auf welche Seite Sie die Signale legen.

Sie müssen einige Jumper in der Grundebene machen, aber das wird keine Probleme verursachen, wenn Sie große Schnitte vermeiden. Ich habe ein schnelles und schreckliches Bild in Farbe gemacht, um es zu veranschaulichen:

Wie Neil erwähnt hat, sind Ihre Erdungsrückwege wichtig, Sie sollten sie nicht einfach als fertig betrachten, wenn sie in die Erdungsebene eintreten.

Die einzige Methode, die ich empfehlen würde, ist die, die Sie nicht erwähnt haben.

Im Allgemeinen wird Ihnen jede willkürliche Aufteilung von Räumen in Strom, Erde und Signale etwas Kummer bereiten, da es weder notwendig ist, sie so aufzuteilen, noch ausreicht, um ein gutes Ergebnis zu erzielen.

Wenn die Platine „schwierig“ wäre, also analog/digital gemischt, Hochgeschwindigkeitssignale, hohe Ströme, SMPS, dann wäre es von Vorteil, mit einer vollständigen Masseebene zu beginnen. Aber das reicht nicht, man muss wissen, wo die Rückströme darin fließen, denn man kann sich auch mit einer Masseplatte noch in den Fuß schießen.

Ich würde Manhattan-Layout empfehlen, mit einem gerasterten Boden.

Der große Vorteil von Manhattan ist, dass Sie immer eine Route für Ihre Strecke finden können. Sie müssen niemals Kompromisse eingehen und ein Signal auf einer mäandrierenden Route von seinem Rückweg entfernen oder eine Bodenebene schneiden, um eine Spur durchzuschleichen und seine Integrität zu zerstören.

Beim Manhattan-Routing wird eine Schicht für Nord-Süd-Verbindungen und die andere Schicht für Ost-West-Verbindungen reserviert. Jetzt können Sie immer mit normalerweise einem Via von A nach B kommen, und Sie müssen sich nie fragen, wie Sie eine Spur überqueren können.

Jetzt haben Sie eine systemische Möglichkeit, Ihr Board zu routen, beginnen Sie mit einem gerasterten Boden. Legen Sie auf einer Ebene etwa alle 20 mm eine Spur in Spalten an. Auf der anderen Ebene machen Sie dasselbe in Reihen. Über sie zusammen an jeder Kreuzung. Jetzt haben Sie einen Boden, der fast so gut wie ein Flugzeug ist und viel besser nutzbar ist, da beide Schichten immer noch verfügbar sind, um all Ihre Energie und Signale zu leiten. Verschieben Sie die Bodenschienen ein wenig, um Ihre ICs auf jeden Fall unterzubringen, aber bewegen Sie sie nicht zu weit auseinander.

Postskriptum - Grundplatte versus gerasterter Boden.

Ich habe einige interessante Kommentare von Umberto, Scott und Olin erhalten, die darauf hindeuten, dass ich meinen Standpunkt noch nicht ganz verstanden habe. Ich werde vielleicht klären, was oben steht, während ich meine Argumentation unten dokumentiere.

Ich bin jetzt im Ruhestand, und nachdem ich ein Leben lang junge Ingenieure betreut habe, ist eines der größten Probleme, mit denen sie konfrontiert sind, ein schlechtes Design auf einer Grundplatine. Sie scheinen zu denken, dass die Bodenebene „sich um all das Isolationszeug kümmern wird“, und sie hören auf zu denken. Infolgedessen leiten sie hohe Ströme an empfindlichen Eingängen vorbei und erkennen ansonsten die Auswirkungen von Rückströmen nicht.

Um ihnen beim Debuggen dieser Boards zu helfen, entferne ich die Masseebene und zwinge sie, alle Rückströme als diskrete Flüsse in separaten Spuren zu betrachten. Sobald der Übeltäter gefunden und das Layout fixiert ist, kann der Boden wiederhergestellt werden.

Auf einem 4-Layer-Board ist genug Platz, um sich einem festen Untergrund zu widmen. Auf einer 2-Layer-Platine gibt es eine Prämie für den Routing-Platz. Aus diesem Grund ist Manhattan, das Ihnen eine systematische Möglichkeit bietet, beliebige Strecken von A nach B zu routen, so nützlich. Wenn Sie eine Ihrer beiden Schichten dem Boden widmen, führt jedes nicht triviale Layout zu einer oder zwei (oder mehreren, hey, es ist nur eine weitere) Spur, die den Boden auseinanderschneidet und seine Integrität zerstört.

Ohne Grundebene ist ein gerasterter Boden das Nächstbeste. Es ist flexibel, Sie können die Anzahl der Bodenspuren bei Bedarf erhöhen. Es ist vollständig mit dem Manhattan-Routing kompatibel. Wenn Sie mit dem Layout fertig sind, fluten Sie auf jeden Fall mit geerdetem Kupfer. Sie werden am Ende etwas haben, das besser geroutet ist als eine zerhackte Bodenebene, weil Sie in der Lage waren, über all die Rückströme nachzudenken, von denen Sie sonst gehofft hätten, dass sie in Ordnung wären.

Gutes Boarddesign ist fast ebenso eine Kunst wie eine Wissenschaft. Sie können Künstlern nicht beibringen, zu erschaffen, Sie können Ingenieuren nicht beibringen, zu „fühlen“, wo Ströme fließen werden, bis sie es „verstehen“. Das Entwerfen ohne eine Grundebene ist eine Möglichkeit, den „Get it“-Prozess zu beschleunigen.

Alle Komponenten sind Durchgangsbohrungen

Allein aus diesem Grund würde ich in Betracht ziehen, eine Masseebene auf der Unterseite zu verwenden, damit Komponenten montiert werden können, ohne sich Gedanken darüber zu machen, ob ihre Körper Kontakt mit Massekupfer haben könnten.

Angesichts der Tatsache, dass es sich um eine Gitarreneffektbox mit möglicherweise vielen Vibrationen und Bewegungen aufgrund von fußgesteuerten Tasten und Bedienelementen handelt, würde ich auch überlegen, wie Signale auch unter Komponenten geroutet werden, um das in meinem ersten Absatz erwähnte Problem zu vermeiden.

Aber warum sollten Sie sich auf zwei Schichten beschränken - entfernen Sie die Signalspuren vollständig von der obersten Schicht und verwenden Sie eine 4-Lagen-Platine. Die Kosten wären nicht viel mehr und Seelenfrieden ist eine gute Sache.

Keines Ihrer vorgeschlagenen Layouts ist gut. Ein besseres Schema als jedes von Ihnen erwähnte ist die Verwendung von SMD-Teilen. Dies hat eine Reihe von Vorteilen:

1. Eine viel größere Auswahl an Teilen ist verfügbar.

2. Die gleichen Teile werden billiger.

3. Es wird viel weniger Aufwand und Zeit in Anspruch nehmen, die Teile auf die Platine zu löten.

4. Es lässt Ihnen mehr Flexibilität für das Routing.

Bei einer zweischichtigen Platte legen Sie die Teile auf die Oberseite. Verwenden Sie die oberste Ebene für so viele Verbindungen wie möglich. Reservieren Sie die unterste Ebene als Masseebene und verwenden Sie sie nur für kurze "Jumper" anderer Signale.

Halten Sie diese Jumper voneinander getrennt, damit Masseströme jeden einzeln umfließen können. Sie möchten die maximale Abmessung eines Lochs in der Grundebene minimieren, nicht die Anzahl der Löcher. Anders ausgedrückt: Viele kleine, verstreute Störungen sind besser als eine einzelne große Störung.

Stellen Sie alle Masseverbindungen mit separaten Durchkontaktierungen direkt neben jedem Pin her, der mit Masse verbunden werden muss. Dies macht jede Erdungsverbindung solide und minimiert auch die Erdungsverbindungen, die dem Verlegen der anderen Leiterbahnen im Wege stehen.

Auf das Routing der Signalspuren muss natürlich noch geachtet werden. Bei Audio dreht sich alles darum, das Signal-Rausch-Verhältnis hoch zu halten. Leiten Sie verstärkte Ausgangsspuren beispielsweise nicht in der Nähe von empfindlichen Eingangsspuren.

Weitere Informationen finden Sie in dieser Antwort.

Wenn Sie sich über Masseebenen wundern, müssen Sie die Durchgangsbohrung vergessen! Bei dedizierten Erdungs- und Leistungsschichten geht es darum, Pfade mit niedriger Impedanz für alle Ströme aufrechtzuerhalten. Durchgangslochkomponenten haben allein aufgrund ihrer sperrigen Größe und ihrer Drähte eine viel zusätzliche Impedanz.

Wenn Sie beim Durchgangsloch bleiben möchten, empfehle ich ein Board, das dem Schaltplan ziemlich ähnlich sieht. Verwenden Sie Bodenflächen sowohl in der Mitte der oberen als auch der unteren Schicht. Verwenden Sie die langen Kanten für V+ und V- Pfade. Erstellen Sie "Kupferfinger" von Masse zu V+/V- oder umgekehrt, um radiale Komponenten zu berücksichtigen. Wenn Ihre Verstärkerschaltung drei oder vier Spannungen benötigt, verwenden Sie die obere Schicht für ein Spannungspaar und die hintere Schicht für das andere.

Bitte denken Sie auch daran, dass aus AC-Sicht V+, V- und GND genau gleich sind. Es ist genauso wichtig, V+ und V- mit niedriger Impedanz wie GND zu haben.

Die untere Bodenfüllung ist durchgehend, wo die V+/V-Finger die obere brechen und umgekehrt. Verwenden Sie die Vias des THT-Bauteils für die Verbindung der beiden GND-Fills. Damit geben Sie den Durchgangslöchern eine Daseinsberechtigung. Verwenden Sie bei Bedarf zusätzliche Durchkontaktierungen.

Dies ist genau das Gegenteil vom Platinendesign, das eine digitale Schaltung benötigt. Stellen Sie sich nun die Kopfschmerzen beim Erstellen einer Mixed-Signal-Karte vor.