Ich suche nach Ratschlägen und Tipps zum Leiterplattenlayout und zum Routing von Signal- und Massespuren/Leiterbahnen.
Ich entwerfe eine 2-lagige Nur-Analog-Leiterplatte mit mehreren E / A-Signalen, die zu und von anderen Platinen und mehreren analogen Verstärker-ICs führen. Ich habe einige Fragen dazu, wie sorgfältig und umfangreich ich beim Verlegen von Massespuren sein muss, um den Rückstrom zu führen, und wie ich diese am besten auf der Platine anordnen kann, um die Aufnahme von Rauschen und Brummen (EMF) zu reduzieren. Ich verwende Sternerdung und keine Grundebene auf der Platine.
Nach dem, was ich im Allgemeinen verstanden habe, möchten Sie Signal- und Return-Tracks nahe beieinander laufen lassen. Für mich scheint dies die gleiche Logik zu sein, die verwendet wird, wenn Verbindungskabel von der Leiterplatte weggeführt werden, z. B. zwischen Platinen oder Geräten. Auf der Leiterplatte bin ich mir nicht sicher, was mit Signalströmen passiert, insbesondere wenn ICs beteiligt sind. Zum Beispiel versuche ich, neben der Signalspur von der Platinenkante, wo sich der E/A-Anschluss befindet, einen Erdungsrückweg zurück zum Stern-Erdungssystem zu führen, aber es ist nicht immer möglich, dieses Paar aus Signal und Rückweg ganz nach oben zu führen wo die Signalspur mit einem Pin auf dem IC verbunden ist. Sollte dies für eine analoge (Audio-)Schaltung von großer Bedeutung sein? Ist es ebenso eine gute Praxis, zu versuchen, Signal + Return für Spuren zusammenzuhalten, die zwischen ICs auf derselben Platine verlaufen? Wenn ja, Wie finde ich heraus, wo der Rückstrom fließt? "Kehrt" der Strom beispielsweise zum Erdungsstift des ersten ICs zurück oder fließt er zurück zum Sternerdungssystem?
Macht es Sinn, eine "Spur"-Erdungsspur zu führen, dh eine, die entlang der Signalspur verläuft, dann aber dort stoppt, wo die gepaarte Signalspur einen IC-Pin erreicht, z. B. dieses Ende getrennt bleibt. Das andere Ende würde mit dem Erdungssystem verbunden werden. Ich kann mich nicht davon überzeugen, dass dies als "Rückkehr" wirksam wäre und Strom fließen würde, da ein Ende getrennt ist. Werden jemals Sackgassen verwendet, zB zur Abschirmung?
Ich habe mir darüber in der Vergangenheit keine Sorgen gemacht, und ich habe Platinen entworfen, die anscheinend eine akzeptabel niedrige EMF-Aufnahme usw. haben, aber ich war schon immer neugierig auf solche On-Board-Routing-Probleme. Ich bin komplett Autodidakt, daher wäre ich für Ratschläge sehr dankbar. Ich habe mehrere Dokumente vom Typ PCB-Design-Richtlinien gelesen, die ich im Internet finden konnte, aber keines scheint sich mit diesem speziellen Problem zu befassen - rauscharmes Analogsignal-Routing. Vielleicht ist es einfach nicht so wichtig?
Der beste Rat, den ich geben kann, ist die Verwendung eines 4L-Boards, damit Sie eine solide Grundebene haben können. Das allein macht die Sache viel einfacher, da der Rückstrom ziemlich genau unter der Spur läuft, die den Vorwärtsstrom trägt.
Der Kostenunterschied ist wirklich nicht so groß, wenn das, was Sie tun, für Sie wichtig ist und kein verrücktes Volumen (10.000+) ist. Sie können außerdem Platinenplatz und Routing-Zeit einsparen, was dazu beiträgt, die geringen zusätzlichen Kosten auszugleichen.
Nach dem, was ich im Allgemeinen verstanden habe, möchten Sie Signal- und Return-Tracks nahe beieinander laufen lassen.
Dies gilt, wenn die Signale Frequenzinhalte haben, die Sie nicht in andere Bereiche der Platine einkoppeln möchten, oder umgekehrt. Manchmal kann eine solche Kopplung irrelevant sein, manchmal ist sie sehr relevant. Also ja, der allgemeine Rat mag gut sein, aber es sind die Gründe dafür, die wichtig sind, weniger als blind der Empfehlung zu folgen.
Um zu visualisieren, wie sich das, was Sie tun, auf das Verhalten der Platine auswirkt, müssen Sie sich vorstellen, dass alle PCB-Leiterbahnen Induktivitäten, Widerstände und Leiterbahn-zu-Leiterbahn-Kapazitäten aufweisen. Sie können diese Informationen sogar aus der Leiterplatte extrahieren - selbst wenn Sie sehr grobe Annäherungen verwenden - und sie dem Spice-Modell Ihrer Schaltung hinzufügen.
Sie müssen sich die Schaltkreise auch als Antennen vorstellen, die mit anderen Schaltkreisen koppeln. Ein geschlossener Schaltkreis ist eine Schleifenantenne, und Sie können seine Kopplung in andere "interessante" Schaltkreise ungefähr modellieren, indem Sie Ihrem Spice-Modell gekoppelte Induktoren hinzufügen. Wenn Sie ein Signal in der Nähe seiner Rückleitung führen, verringern Sie die Schleifenfläche der Schaltung und machen sie somit zu einer schlechteren Antenne. Es strahlt weniger und ist weniger anfällig für Strahlung.
Sie können auch versuchen, sich die störenden Signalquellen vorzustellen. Es ist normalerweise falsch, unerwünschtes Signal als Rauschen zu bezeichnen, da Rauschen per Definition zufällig ist. Interferenzen sind definitiv nicht zufällig und stehen in engem Zusammenhang mit anderen Dingen, die in und um Ihren Schaltkreis herum passieren - es ist größtenteils ein deterministisches Phänomen.
Eine Möglichkeit, durch Experimentieren eine Intuition darüber zu entwickeln. Bauen Sie einige gelötete Steckbrettschaltungen auf und sehen Sie, wie anfällig sie für verschiedene Störquellen sind.
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