PCB de sinal misto, 2 ou 4 camadas?

Atualmente, estou projetando um PCB de sinal misto para um cliente e tenho lido muito sobre a integridade do sinal e a maioria dos livros recomenda uma placa de 4 camadas (ou mais) devido à resistência ao ruído de ter um plano de aterramento sólido e roteamento reduzido.

A placa em questão possui dois ADCs de 16 bits e dois DACs de 16 bits com amplificadores OP na seção analógica, um microcontrolador com alguns shifters de nível e mosfets na seção digital e dois conversores DC / DC e um regulador LDO na alimentação. seção. O espaço não é muito restritivo, mas é importante ter alta resolução e baixo ruído na seção analógica. Há um barramento I2C e um SPI em execução entre a seção digital e a borda da seção analógica, operando a menos de 10 MHz.

Em termos de roteamento, eu posso fazer essa placa totalmente em 2 camadas. Será que realmente notarei uma enorme diferença na integridade do sinal com uma placa de 4 camadas e um plano de aterramento dedicado? Vale a pena o custo extra? Estou inclinado para 4, mas gostaria de ouvir suas opiniões.

Agradecemos antecipadamente pessoal.

primeiro, permita-me afirmar claramente minha resposta. Uma placa de quatro camadas oferece melhor desempenho. A diferença não é acentuada em todas as placas, mas a placa de quatro camadas permitirá que você direcione o sinal, a energia e o terra, diretamente um sobre o outro de várias maneiras. Manter o solo diretamente sob o plano de energia reduzirá a diafonia para linhas de proximidade e reduzirá o ruído, permitindo melhores opções de roteamento em geral. Com quatro camadas, o solo de ponto único é uma façanha viável sem também cortar o plano do solo em dois. Essencialmente, se a solução de duas camadas exigir corte no plano de terra, você estará criando dois planos de terra conectados por dois pontos. Isso permite um loop de corrente, causando ruído, e isso pode ser exacerbado por diferenciais de temperatura, eletrônicos próximos etc. Não tenho certeza quanto ao caso de uso deste dispositivo, mas a temperatura, o EMI próximo e as freqüências de operação serão reproduzidas. Se esse for um modelo de velocidade semialtada, uma camada de quatro definitivamente salvará a integridade dessas linhas de sinal. Muito disso se resume a quanta resolução você precisa desses ADCs. Se você realmente precisa de 16 bits, eu diria que um aumento de 5% no desempenho de uma placa de quatro camadas vale a pena.

Uma ótima referência da qual extrai minhas diretrizes de design é ... http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf

Felicidades

Se você pode fazer a maior parte do seu roteamento na camada superior e ter seções de plano de solo sólidas na camada inferior, eu diria que uma placa de duas camadas provavelmente funcionará para você. Uma das pessoas realmente impressionantes que conheci ao longo dos anos - Dave Vanhorn - faz rotineiramente placas rápidas e de alta densidade em placas de duas camadas e seus produtos passam nos testes de conformidade de emissões sem problemas. Mas ele é um verdadeiro mestre dessa arte, enquanto muitos não são.

Independentemente disso, seu quadro parece bastante simples. Divida a camada do plano de fundo do solo em seções para cada bloco de circuito: analógico e digital e verifique se você sabe onde as correntes de retorno estão fluindo.

Geralmente, não há problema em fazer pequenas pausas no plano do solo, onde é necessário que um traço se cruze com o outro. Mas essas pausas são pequenas e totalmente fechadas com cobre, expondo apenas o traço curto que fica sob o traço do lado superior.

Parece que o regulador que alimenta os circuitos analógicos está na seção de energia; você deve movê-lo para a seção analógica, para que seu pino de referência GND fique no GND analógico. Dessa maneira, sua saída é referenciada ao GND analógico, e não ao GND barulhento perto dos comutadores.

Agora, para sua pergunta de 2 contra 4 camadas, o uso de 4 camadas reduzirá a dificuldade de criar um layout muito bom, assim reduzirá a probabilidade de cometer um erro. Se um erro significa uma nova resposta, pesa o custo e os atrasos de uma possível nova resposta em comparação com o custo extra de 4 camadas.