Discussão: PCB Stack-Up

[luisf.rossi]

Galera eu já fiz vários projetos de PCB multilayer e sempre fui no feijão com arroz no stack-up da PCB. Gostaria de discutir e ver comentários dos mais experientes sobre as vantagens de cada configuração. Para facilitar a nomenclatura sugiro chamar terra de G, sinal de S, VCC de P, e componente de C. Obviamente quanto tempos no mesmo layer sinal/componente com GND será um gorund pour.

O feijão com arroz que eu digo é o:

1 - S/C
2 - P
3 - G
4 - S/*C

*Componente no layer de baixo quando necessário.

A vantagem desta configuração é ter um GND continuo e um VCC sólido com baixa indutância m todos os pontos.

Com relação a EMI/EMC qual seria a melhor configuração? Talvez sinal nos layers internos para serem blindados?

Abraços

[xultz]

Essa é uma configuração bem típica. Prá ajudar, os layers de Vcc e GND formam um capacitor, que também é interessante, como diria o Tayrone.
E prá ajudar, eles formam uma blindagem entre o top e o bottom, que tende a impedir que os sinais se misturem.
Eu já vi casos de placas que no top e principalmente no bottom tinham planos de GND, ensaduichando a placa toda e parece que ajudava em questões de EMI.

[andre_luis]

Luis,



O que você está pensando em fazer, é realmente um padrão recomendado de um modo geral pelas organizações que definem os padrões de comunicação elétrica (SATA,USB,...).

Entretanto, em ambientes eletricamente muito agressivos, eu adoto o conceito passado pelo Xultz, e tento blindar o máximo possível com GND e PWR, as camadas esternas.




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[fabim]

André, tenta fazer isso ai num LAFP208 ou num BGA 400 e lá vai pedra !! hehehe

Cara, o fato é apenas um, e deve ser seguido que não irás te arrepender.


HS = par com casamento de impedância diferencial e comum compatíveis com a impedância das portas de comunicação.
HS mult linhas = comprimentos elétricos compatíveis com a propagação do material, linhas diretas, CS e CK com impedâncias casadas.
Sinal de alta impedância = longe muito longe de PWR e geradores de flicker, jitter, EMI , RFI.
Sobre o GND como exemplo.
Eu acabei de fazer a um mês um layout para EM, são 4 layers.
Eu poderia ter feito em 2, sim, só que ficaria susceptível a EMI e conduzida, então o que eu fiz, 4 layers, polígono de GND nos 4 layes, sem dead cooper, todos os GNDS grampeados em áreas muito distantes para ter equipotencialização.
Trilhas sem 90°, sem antenas, pads compatíveis, sem bifurcações de linhas.

Feito isto, e seguindo a risca, pode fazer qualquer tipo de bosta de placa pra qualquer m****.

Aconselho-vos a baixar e aprender a utilizar o software RFsim99.

[luisf.rossi]

Como eu já comentei, nas placas que eu fiz eu sempre fui neste feijão com arroz mesmo. Uma placa que eu fiz ano passado com um Spartan-3AN e um Kinetis K40 ficou muito boa, porém é sempre bom checar com os colegas experientes no assunto.

Fabim duas perguntas. Você não usa um power plane então? Não obstante ja existam os capacitores de desacoplamento nos pinos de VCC, diminuir a indutância é sempre bom.

Sobre o fato de não ter trilhas divididas. Concordo em 99% dos casos, mas especificamente no caso da trilha do(s) VCC(s) eu acredito que seja a melhor opção. Melhor pelo menos que daisy chain puro.

Eu estou com a mesma situação um produto meu eu fiz o protótipo com 2 layers, e funciona e é bem estávem, mas como tem um valor agregado razoável vou usar 4 layers para melhorar a robusteza.

[tcpipchip]

O problema é o custo da placa de 4 faces....

[luisf.rossi]

Essa especialmente é uma placa beem compacta. 25x35mm. o Custo da placa 4 layers é mais que o dobro, proém continua sendo infimo perto do preço total dos componentes. Além disso como eu comentei, o produto especifico tem um valor agregado razoável.

[pseudobyte]

E por falar em GND, deve-se ligar o "signal GND" diretamente com o "chassi GND"?
Isso contribui (ou piora) para EMC?

[xultz]

Costuma melhorar, mas já vi casos bizarros que piorou. Na verdade, em se tratando de PCB, tudo pode acontecer, menos o circuito funcionar direito.
Uma questão importante é onde você vai ligar o Chassis GND. Geralmente a topologia estrela é a melhor solução. Mas tem casos que o Signal GND e o Chassis GND estejam ligados entre si, numa topologia estrela, mas lá nos confins da tua placa, eles formam um capacitor entre si que tem uma frequência de ressonância, e pode lascar num teste de EMI.

Na verdade, eu não tenho resposta para nada disso. Acho que ninguém tem.

[rocknroll]

Ligar o Chassi no mesmo nível do GND dá placa pode realmente ajudar nos testes de EMI e EMC, porém vale lembrar que nestes casos o produto não pode ter componentes de comunicação externa como modens Wi-Fi, GPRS, GPS... A não ser é claro que as antenas estejam do lado de fora.

Agora, essa alternativa pode se tornar um vilão em um teste ESD. As descargas realizadas no teste irão direto para o GND da placa.

A alternativa mais plausível, é conectar o GND Chassi com o GND Placa através de capacitores de baixa Capacitancia (1nF) e tamanho maior (1206). A capacitancia baixa permite rapida recuperação e por ser capacitor isola seus GND. O tamanho evita que o arco "pule" de um terminal para outro. Já vi acontecer algumas vezes com capacitores 0603.

Outro ponto importante sobre o plane GND (placa) é que o mesmo deve ser maior que os outros planes e layer. Neste caso o ideal é que ele seja 1 mm para cada lado maior que o plane de VCC por exemplo. Assim vc altera o caminho percorrido pelo campo magnético, ajudando nos testes de EMI.

[tcpipchip]

Pois é...semana eu finalizei finalmente um starter kit para ZIGBEE, WIFI 802.11b, GSM, GPS e BLUETOOTH, ou seja, 5 em 1. O que eu fiz...bem...tercerizei o roteamento...falei sobre a questao de EMI/EMC e ele disse, "deixa comigo"...bem, vamos ver....
TCPIPCHIP

[andre_luis]

Costuma melhorar, mas já vi casos bizarros que piorou...

Isso já aconteceu comigo, mas descobri, a duras penas, o seguinte :

Aterrar na carcaça o GND melhora a qualidade do sinal, mas apenas se a carcaça estiver realmente aterrada no EARTH.

Isso porque, a carcaça sem estar aterrada, ao invéz de atuar como um ralo para o ruído, estará funcionando como uma antena, que captará ainda mais ruido, potencializando seu efeito destrutivo.




Obs.: Descobri isso numa placa de captação de ECG, para a qual o Engenheiro anterior colocou uma placa de cobre abaixo do PCB ( aterrada ao GND da placa ), para blindar ruido da fonte chaveada, logo abaixo.

Porém, o resultado ficou pior, e somente depois que aterrei tudo ao EARTH, é que o ruído sumiu.

DETALHE : Se o EARTH da infra estrutura do prédio não fosse de boa qualidade, ainda permanecia algum ruído no sinal captado.





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[EDSONCAN]

Alguns detalhes,
Se você procurar nas documentações sobre recomendação de pcb para RF vera que recomendam um espaçamento minimo entre trilhas e gnd para RF, pois formam capacitores em alta frequências que afetam o desempenho , por isso certas áreas da placa acabam não tendo plano algum.

O plano GND em teoria não deveria ser partido, por isso que se usa ele em uma plano central, mas não se deve misturar "gnds", na pratica acaba-se dividindo em blocos com um ponto único de conexão no gnd.

Áreas de radiação de RF (embaixo do rele, triac e etc) acaba-se não colocando plano algum abaixo.

O Gnd não deve ser confundido com terra, a normal UL por exemplo tem um limite de corrente de retorno para o terra, para isso une-se o GND e o terra através de um capacitor tipo X2 e o valor do capacitor controla o limite da corrente, de uma olhada em projeto de fontes chaveadas e vera o uso de X2 e Y2 na entrada e no transformador.

Sendo sincero isso é muito polemico, já vi especialistas da Freescale e da Texas em apresentações recomendando coisas completamente diferentes, acho que ainda não existe regras bem definidas nessa área.

Edson

[pbernardi]

Para placas de 4 Layers, o exemplo exposto pelo andre_teprom eh bem válido.

Para placas 6 layers, o ideal é fazer dois planos de ground (geralmente no 2o e 5o Layers) e Vcc/Sinal ou Vcc1/Vcc2 nos layers do meio. Assim, os planos de grounds fazem uma isolação para os sinais do meio da placa, gerando uma blindagem.

Os sinais de ground geralmente ficam no layer de baixo do top/botom (2 ou 3 em placas de 4 layers, 2/5 em placas de 6 layers, 2/7 em placas de 8 layers, etc). Isso permite não só a blindagem, mas també otimiza o desacoplamento. Se você tiver uma placa de 6 layers e colocar o GND no layer 3, por exemplo, sua via vai ser alguns mils mais comprida para chegar ao GND no meio da placa. Em aplicações mais sensíveis, isso pode dar diferença.

Em relação ao GND na carcaça, tudo depende de você identificar a sua fonte de ruído/surto. Se sua carcaça não for aterrada, colocando o GND na carcaça pode gerar mais ruidos na sua placa. Mas, alternativamente, você pode forçar um GND "ruidoso" que vá direto da carcaça para a fonte e não passe pelo seu circuito, isso costuma melhorar bastante a questão de imunidade - uma vez que a carcaça aterrada ajuda a imunizar a sua placa. É uma questão de imaginar por onde vem um ruído e tentar desviar ele por um lugar menos danoso. Se um ruído vier da carcaça e passar embaixo do seu processador, ele vai dar problema. Mas se for desviado pelo lado da placa e ir diretamente para o GND da fonte, provavelmente seu sistema nem irá perceber.