混合信号 PCB,2 层还是 4 层?

电器工程 电路板 pcb设计 pcb层
2022-01-25 01:52:02

我目前正在为客户设计混合信号 PCB,并且我已经阅读了很多有关信号完整性的内容,并且大多数书籍都推荐使用 4 层板(或更多),因为具有坚固的接地层和减少路由。

有问题的电路板在模拟部分有两个 16 位 ADC 和两个带运算放大器的 16 位 DAC,在数字部分有一个带有一些电平转换器和 MOSFET 的微控制器,在电源中有两个 DC/DC 转换器和一个 LDO 稳压器部分。空间不是很大的限制,但在模拟部分具有高分辨率和低噪声很重要。在数字部分和模拟部分的边缘之间运行着一条 I2C 和一条 SPI 总线,工作频率低于 10 MHz。

路由明智,我完全可以把这块板分成两层。我真的会注意到 4 层板和专用接地层在信号完整性方面的巨大差异吗?值得额外的费用吗?我倾向于4,但我想听听你的意见。

提前谢谢各位。

董事会

3个回答

首先请允许我明确说明我的答案。四层板将提供更好的性能。并非所有板都有明显的区别,但四层板将允许您以多种方式直接在彼此之上路由信号、电源和接地。将接地直接保持在电源平面下方将减少近距离线路的串扰,并通过允许整体更好的布线选择来降低噪声。有四层,单点接地是一项可以实现的壮举,而无需将接地平面一分为二。本质上,如果两层解决方案需要切割接地平面,那么您将创建两个由两点连接的接地平面。这会产生电流回路,从而导致噪声,而这可能会因温差、附近的电子设备等而加剧。我不确定该设备的用例,但是温度,附近的EMI和工作频率都会起作用。如果这是半高速设计,那么四层肯定会保存那些信号线的完整性。这很大程度上取决于您需要这些 ADC 提供多少分辨率。如果你真的需要 16 位,那么我会说从四层板提高 5% 的性能是值得的。

我从中提取设计指南的一个很好的参考是... http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf

干杯

如果您可以在顶层完成大部分布线并且在底层具有大部分坚固的接地平面部分,我会说两层板可能适合您。多年来我遇到的真正了不起的人之一 - Dave Vanhorn - 经常在两层板上制作快速和高密度板,他的产品都通过了排放合规性测试,没有任何问题。但他是该艺术的真正大师,而许多人不是。

无论如何,您的电路板看起来相当简单。将底部接地层分成每个电路块的部分:模拟和数字,并确保您知道返回电流的流向。

通常可以在地平面上有小中断,您必须让一条迹线与另一条迹线交叉。但是这些断口很小,并且完全被铜包围,只露出顶部走线下方的短走线。

似乎为模拟电路供电的稳压器位于电源部分,您应该将其移至模拟部分,因此其 GND 参考引脚位于模拟 GND 上。这样,它的输出以模拟 GND 为参考,而不是以切换器附近的嘈杂 GND 为参考。

现在,对于您的 2 层与 4 层问题,使用 4 层将降低做出非常好的布局的难度,从而降低出错的可能性。如果错误意味着重新旋转,那么您应该权衡可能重新旋转的成本和延迟与 4 层的额外成本。