Ich entwerfe eine Platine, die 4 Motoren (400 mA Spitze) mit H-Brücken, einen Bill-Validator (mit UART zur Kommunikation) steuert und 4 LEDs mit 12 V Gleichstrom ansteuert.
Auf meiner 5-V-Stromversorgung habe ich einen Mikrocontroller, 4 Stromsensor-Analogsignal (für die Motoren). Ich habe 1 UART RS-232 (9600 Baud), 1 UART TTL (9600 Baud), 2 I2C (100 kHz), 8 E/A zur freien Verwendung (nur mit Pull-Ups) und 8 Eingänge mit Pull-Ups und Bypass für Schalter.
Ich habe mich gerade für eine 4-Lagen-Leiterplatte mit folgendem Aufbau entschieden:
Die Komponenten befinden sich nur auf dem Top Layer.
Ich bin mir jedoch nicht sicher über die POWER-Ebene und wie ich die Signale auslegen kann, daher habe ich einige Fragen:
Soll ich dieselbe POWER-Ebene für 12 V und 5 V verwenden? Wie kann ich die Leistungsebene teilen? 12V und 5V kommen von verschiedenen Netzteilen, haben aber die gleiche Masse.
Wie kann ich die Signale trennen? Soll ich die obere Schicht für Kommunikationssignale und analoge Signale und die untere Schicht für Eingänge, E/A-Signale und H-Brücken-Signale verwenden? Ich weiß nicht, wie ich die Signale in 2 Schichten trennen kann.
Zuerst die Signale
Es macht wenig Sinn, zu versuchen, die Signale zu trennen, indem man ihnen je nach Art Schichten zuweist. Die Tatsache, dass Sie zwei Ebenen für die Signale haben, ermöglicht Ihnen Kreuzungen. Wenn Sie beispielsweise viele digitale Signale haben, benötigen Sie zwei Schichten, um sie effizient zu routen. Verwenden Sie also beide Signalschichten für alle Arten von Signalen.
Sinnvoll ist es jedoch, die Schaltung in Blöcke unterschiedlichen Typs (Hochleistung, Digital, Analog, ...) aufzuteilen und diese auf verschiedene Bereiche der Leiterplatte zu legen, um Interferenzen zwischen empfindlichen Blöcken zu minimieren (z analoge Signale fernab von Schaltreglern, ...). Wählen Sie auch die Positionen all dieser Blöcke so, dass Sie die Leiterbahnlängen zwischen den Blöcken minimieren.
Nun, die Triebwerke
Ob Sie dieselbe Schicht für 5 V und 12 V (mit einer geteilten Ebene) verwenden oder eine der Signalschichten verwenden, um sie auf verschiedenen Schichten zu haben, ist nicht so wichtig. Es gibt jedoch eine wichtige Regel zu beachten: Vermeiden Sie Signale, die eine Split-Ebene kreuzen (insbesondere Hochgeschwindigkeitssignale): Das würde unerwünschte EMI erzeugen.
Prüfen Sie, was in Ihrem konkreten Fall sinnvoll ist: Wenn die 12 V nur in Schaltungsteilen verwendet werden, die die 5 V nicht verwenden, verwenden Sie eine Split-Plane. Wenn die 12 V nur an wenigen Knoten verwendet werden, aber in Schaltungsteilen, die auch 5 V ausgiebig verwenden, verwenden Sie die gesamte Stromversorgungsebene für die 5 V und führen Sie die zusätzlich erforderlichen 12-V-Leiterbahnen auf einer Signalschicht (Sie müssen nicht einmal eine verwenden Flugzeug, eigentlich).
Die einzige Sache ist, dass, wenn Sie die gesamte Leistungsschicht als 5-V-Ebene verwenden und einen großen Teil der Signalschicht mit einer zusätzlichen 12-V-Ebene darüber legen, zwischen ihnen eine Kapazität vorhanden ist. Wenn also an einer der Versorgungen Rauschen auftritt, kann es an der anderen koppeln. Also vielleicht vermeiden.
Mein Gefühl
Ihr Design scheint nicht sehr empfindlich zu sein. Ich sehe keine sehr schnellen Signale, Sie haben Schaltregler nicht erwähnt, ... Also eigentlich geht alles. Folgen Sie einfach Ihrem Bauchgefühl und Ihrer Logik, um Entscheidungen zu treffen (minimieren Sie die Leiterbahnlängen, organisieren Sie Blöcke effizient, ...), und es wird gut. Und wahrscheinlich hat Roger Rowland Recht mit seinem Kommentar: Zwei Schichten würden sicherlich ausreichen. Sie haben vorgeschlagen, dass 4 Schichten eine "bessere Erdung" ermöglichen, aber es macht keinen Sinn, den Boden "besser" (was auch immer das bedeutet) als erforderlich zu machen, insbesondere wenn er das Vierfache des Preises kostet. Ein sorgfältiges Layout mit Rasterung der Ebenen auf den beiden Ebenen würde in Ihrem Fall mit Sicherheit einen ausreichend guten Untergrund bieten.
Hier ist ein Dokument von TI, das gute Ratschläge gibt (insbesondere die Erläuterungen zum Ground Gridding in Kapitel 2.2.3).
Roger Rowland
Matheus Soares
Rev