2 层 PCB 设计,通孔技术和接地层

电器工程 电源 电路板 声音的 地面
2022-01-06 07:27:32

我正在设计用于音频应用的 PCB 布局(没有数字电子设备,只有模拟)。

所有组件都是通孔,PCB 相当大(约 16 厘米 x 10 厘米)并且有 2 层。我使用的技术支持电镀通孔。该电路具有双电源。

以下哪一项(以及为什么)是路由信号、电源走线和接地的最佳解决方案?

  • TOP层:地平面;BOTTOM层:信号和电源线;
  • TOP 层:信号和电源线: BOTTOM 层:地平面;
  • TOP层:地平面和电源线;底层:信号;
  • TOP层:信号;BOTTOM层:地平面和电源线;
4个回答

我推荐的一种方法是您没有提到的方法。

一般来说,任何将空间任意划分为电源、接地、信号的做法都会让您感到痛苦,因为没有必要像那样划分它们,也不足以获得好的结果。

如果电路板“困难”,因此混合了模拟/数字、高速信号、大电流、SMPS,那么从完整的接地层开始会有好处。但这还不够,您需要知道返回电流在哪里流动,因为即使有地平面,您仍然可以射中自己的脚。

我会推荐曼哈顿布局,网格地面。

曼哈顿的最大好处是它意味着您总能找到适合您的赛道的路线。您永远不必妥协并将信号从其返回路径中取出一条蜿蜒的路线,或切断接地层以偷偷通过,破坏其完整性。

曼哈顿路由涉及将一层专用于南北连接,另一层用于东西连接。现在,您总是可以通过通常一个通孔从 A 到 B,而且您永远不必想知道如何穿越轨道。

现在你有一个系统的方法来布线你的电路板,从网格开始。在一层上,每隔 20 毫米左右放置一个轨道,在列中。在另一层,按行执行相同的操作。在每个路口一起通过它们。现在你的接地几乎和平面一样好,而且更有用,因为这两层仍然可以用来路由你所有的电源和信号。将地面轨道稍微移动一点以适应您的 IC,但不要将它们分开太远。

后记 - 地平面与网格地面。

我从 Umberto、Scott 和 Olin 那里得到了一些有趣的评论,这表明我还没有完全理解我的观点。我可能会澄清上面的内容,同时在下面记录我的推理。

我现在退休了,在指导了初级工程师一生之后,他们面临的最大问题之一是在地平面板上做一个糟糕的设计。他们似乎认为地平面“会处理所有隔离的东西”,他们停止了思考。结果,它们通过敏感输入运行高电流,否则无法发现返回电流的影响。

为了帮助他们调试这些电路板,我移除了接地层,并迫使他们将所有返回电流视为不同轨道中的离散流。一旦找到了罪魁祸首,并确定了布局,就可以恢复地面。

在 4 层板上,有足够的空间将其专用于坚实的地面。在 2 层板上,布线空间非常重要。这就是为什么曼哈顿,它为您提供了一种从 A 到 B 路由任何轨道的系统方法,如此有用。如果您将 2 层中的一层专用于地面,那么任何非平凡的布局都会导致一个或两个(或多个,嘿,只是多了一个)轨道将地面分开,破坏其完整性。

没有地平面,网格地面是下一个最好的东西。它很灵活,您可以根据需要增加地面轨道的数量。它与曼哈顿路由完全兼容。当你完成布局后,一定要铺满地铜。你最终会得到比切碎的地平面更好的布线,因为你已经能够考虑所有那些你可能希望没有问题的返回电流。

好的电路板设计几乎既是一门艺术,也是一门科学。你不能教艺术家创作,你不能教工程师去“感受”电流将在哪里流动,直到他们“理解”它。没有地平面的设计是加快“得到它”过程的一种方法。

所有组件都是通孔

仅出于这个原因,我会考虑在底部使用接地层,以便可以安装组件而不必担心它们的身体是否会与接地铜接触。

鉴于它适用于吉他效果盒,由于脚控按钮和控件可能会产生大量振动和移动,我也会考虑如何在组件下路由信号,以避免我在第一段中提到的问题。

但是,为什么要将自己限制在两层 - 将信号轨道完全脱离顶层并使用 4 层板。成本不会更高,安心是一件好事。

您提出的布局都不好。比你提到的任何一个更好的方案是使用 SMD 部件。这有很多优点:

  1. 有更广泛的零件可供选择。

  2. 相同的零件会更便宜。

  3. 将零件焊接到板上将花费更少的麻烦和时间。

  4. 它为您提供了更大的路由灵活性。

对于两层板,将部件放在顶部。尽可能多地使用顶层进行互连。将底层保留为接地层,仅用于其他信号的短“跳线”。

使这些跳线彼此分开,以便接地电流可以单独流过每个跳线。您希望最小化地平面中任何孔的最大尺寸,而不是孔的数量。换句话说,大量分散的小干扰比单一的大干扰要好。

在必须接地的每个引脚旁边使用单独的过孔进行所有接地连接。这使得每个接地连接都牢固,并且还最大限度地减少了接地连接妨碍其他走线的布线。

当然,你仍然要注意信号走线的布线。音频就是要保持高信噪比。例如,不要在敏感输入走线附近布线放大的输出走线。

有关更多信息,请参阅答案。

我认为所有这些其他答案都使问题过于复杂。通孔设计在许多情况下是合法的,2 层板也是如此。

除非您有理由不这样做,否则我建议您使用接地层和信号/电源层。这种设计方法是久经考验的,我看不出有任何理由不应该使用它。我认为你把信号放在哪一边并不重要。

您将需要在地平面上做一些跳线,但如果您避免进行大切口,这不会造成任何问题。我在油漆中制作了一个快速而糟糕的图像来说明:

地平面大切口 vs 跳线插图

正如尼尔所提到的,您的接地返回路径确实很重要,您不应该只在它们进入接地层时就认为它们已经完成。