PCB-Layout-Fragen für MCU-Breakout-Board

Ich versuche, ein Board zu routen, das im Wesentlichen ein Breakout für die LPC23xx/LPC17xx-MCU ist. Ich habe noch nie zuvor etwas geroutet, das sich dieser Komplexität nähert, und ich habe einige Bedenken. Ich weiß, dass eine vierlagige Platine optimal wäre, aber ich bin ein Bastler, und die Umwandlung in eine vierlagige Platine würde dies so teuer machen wie im Handel erhältliche Optionen. Ich habe mein Design auf ein paar bewährte zweischichtige kommerzielle Boards gestützt, daher weiß ich, dass es möglich ist, dies zum Laufen zu bringen. Erstens ist dies das meist geroutete Board (ignorieren Sie alle USB-Maschinen auf der rechten Seite, ich habe mich noch nicht einmal sicher entschieden, ob ich es einbeziehen soll) (außerdem weiß ich, dass der Siebdruck schrecklich ist, ich habe das noch nicht herausgefunden ):

LPC23xx/LPC17xx Breakout-Board

1) Ein Bereich, der mir Sorgen bereitet, ist die Länge der Spuren zwischen der MCU und den Kristallen (eine ist für die RTC, die andere für die MCU). Sie sind nicht länger als eines der Boards, auf denen ich mein Design basierte, aber ich hätte gerne ein bisschen Validierung.

Kristallspuren aus nächster Nähe

2) Ein weiteres Anliegen, das ich habe, ist die Entkopplung. Ich weiß, dass es im Allgemeinen keine zu starke Entkopplung gibt, aber in diesem Fall habe ich wenig Platz, also habe ich nicht ALLE VCC/GND-Paare entkoppelt (es gibt eine Menge!). Beide Platinen, auf denen mein Design basiert, haben nur 2 Entkopplungskappen, und ich habe drei, also kann ich dort gut sein. Sollte ich arbeiten, um mindestens ein oder zwei weitere reinzubekommen?

Entkopplungskondensatoren

3) Ich habe ziemlich hart gearbeitet, um eine nahezu ununterbrochene Grundebene auf der unteren Schicht bereitzustellen. Es ist nur an ein paar Stellen gebrochen, eine für die Durchgangslöcher (die meiner Meinung nach eigentlich Pads sein sollten) auf einem der Kristalle, und die andere ist der größere Weg für VCC zur MCU. Ist meine Grundplatte fest genug?

VCC-Trace-Nahaufnahme

4) Die Stromverteilung war für mich ein besonderes Problem ( siehe meine vorherige Frage hier ). Am Ende entschied ich mich, eine große Füllung unter die MCU zu gießen und sie mit einer großen Spur an den VCC-Stift anzuschließen. Ist dies eine akzeptable Strategie für die Stromverteilung? Wenn ich mit einem 4-Layer-Board arbeiten würde, würde ich einen ganzen Layer für VCC verwenden, aber ich möchte aus Kostengründen bei 2-Layern bleiben.

Wie habe ich mich hier insgesamt geschlagen? Ist das wahrscheinlich hochzufahren, oder sollte ich zurück zum Zeichenbrett gehen?

+1, tolle Frage. Auf die Antworten bin ich selbst gespannt.
Eine Anmerkung: Es gibt so etwas wie zu viel Entkopplung. Wenn Sie einfach überall Kappen werfen, erhöht sich auch der erforderliche Einschaltstrom, wenn Sie Ihr Board einschalten. Wenn es zu hoch wird, können Sie es möglicherweise nicht liefern und das Verhalten Ihres Boards ändert sich.
@AngryEE Ich nehme an, Sie würden sich nie um diese Art von Problem kümmern, indem Sie einfach die Regel "eine Entkopplungskappe pro VSS / VCC-Paar" befolgen?

Antworten (1)

1) Kristalle sollten nicht auf diese Weise geführt werden. Spuren sollten kürzer und möglichst symmetrisch sein. Sie sollten Kondensatoren an einem einzigen Punkt mit GND verbinden, damit Sie kein Rauschen von der Masseplatte aufnehmen. Dies ist besonders wichtig für RTC-Kristalle. Bei aktuellem Routing kann es bei Pech zu Problemen mit dem Start/Ausfall der Generierung kommen.

2) Schauen Sie sich mein Single-Layer-Board für ARM an: http://hackaday.com/2011/08/03/an-arm-dev-board-you-can-make-at-home/ - sogar dieser Alptraum funktioniert (nur 1 Entkopplungskappe). Was Sie hier haben, wird auf jeden Fall funktionieren. Sie können einige zusätzliche Kappen (wie etwa 25 uF Elektrolyt + 2,2 uF Keramik) auf der Rückseite der Platine hinzufügen, Sie haben dort viel Platz und sowohl VCC als auch GND zusammen. Das einzige, was mir nicht gefällt, sind dünne Spuren an deinen Mützen. Sie sollten möglichst breit sein. In meinem Design war der einzige Kondensator durch etwa 2 mm breite Spuren verbunden.

Schauen Sie sich auch C5 an: Sie können es ein wenig nach rechts bewegen, über näher an die Kappe gehen und es mit einer kurzen breiten Spur verbinden. Wenn Sie sich unter dem Chip befinden, können Sie keine breiten Spuren haben. Gleiches gilt für C6 und C7.

Wenn Sie dies zu Hause herstellen, werden Sie auch Probleme haben, Durchkontaktierungen unter QFP-Chips herzustellen.

3) Bodenplatte ist mehr als genug. Es ist nicht viel notwendig, eine solide Masseebene zu haben, außer einem Quadrat unter dem Chip, wo alle Entkopplungskappen angeschlossen sind, es wird nicht viel mit Masserauschen helfen. Für eine kontrollierte Impedanz wird eine Erdungsplatte benötigt, die in Ihrem Fall nicht wichtig ist. Aber Ihre GND-Verbindung zu Kontakten sollte so breit wie möglich sein. Dies ist eine allgemeine Regel: VCC- und GND-Netze sollten breite Spuren haben.

4) Ja, das ist für langsame ARMs vollkommen in Ordnung.

In meinem Fall hatte ich sogar keine Rückseite und es funktionierte immer noch ;-) Das einzige, was verbessert werden kann, wenn Sie in einer Fabrik fertigen, ist, ein kleines VCC-Quadrat auf der unteren Schicht in der Mitte des Chips zu haben und zu verbinden es nach oben mit etwa 4-9 Durchkontaktierungen anstelle von 1. Für VCC- und GND-Ebenen müssen Sie immer so niedrige Widerstände und Induktivitäten wie möglich haben, damit die Kappen das Rauschen leichter filtern können => Sie benötigen breitere und kürzere Spuren und mehr parallele Durchkontaktierungen . Aber in diesem speziellen Design ist es keine Voraussetzung.

Es funktioniert also auch jetzt ohne Änderungen. Nach den genannten Änderungen wird es perfekt sein.

Danke für die Auskunft! Ich plane, dieses Board herstellen zu lassen, da es klein genug ist, dass etwas wie DorkbotPDX es praktisch umsonst machen kann. Der LPC23xx hat 72 MHz und der LPC17xx 100 MHz. Wenn Sie Low-Speed-ARM sagen, schließen Sie sogar den LPC17xx ein?
Ja, ich denke, das ist der Rand von "Low-Speed" :-)
Ich würde einer Umleitung der Obergrenze zustimmen; Spuren über der defekten Masseebene könnten ein EMI-Problem sein (bei höheren Frequenzen), aber wenn es nur ein Hobbyboard ist, würde ich mir darüber keine Sorgen machen.
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