Piano di massa PCB e percorsi della corrente di ritorno: regole di layout che funzionano
La corrente ritorna sempre alla sorgente. Offrirle un percorso breve e ininterrotto è la decisione di layout più efficace per rumore ed EMC.
La corrente scorre in anelli
Ogni corrente di segnale ritorna alla sua sorgente lungo il percorso a minore impedenza. A bassa frequenza è il percorso a minore resistenza; ad alta frequenza è il percorso direttamente sotto la pista del segnale, perché dà l’area d’anello più piccola. Un anello piccolo irradia meno e capta meno rumore. Questa sola idea spiega la maggior parte delle regole di layout della massa.
Usi un piano di massa continuo
In una scheda multistrato dedichi uno strato alla massa e lo mantenga ininterrotto sotto le piste di segnale. In una scheda a 4 strati lo stackup comune è segnale, massa, alimentazione, segnale, in modo che lo strato di segnale superiore stia direttamente sopra il piano di massa (veda la guida allo stackup e quanti strati servono).
In una scheda a 2 strati riempia di massa entrambi i lati, colleghi le due aree con molte via e instradi i segnali critici in modo che la massa sotto di essi non sia interrotta.
Non tagli il piano sotto una pista
Una fessura, un vuoto o una divisione nel piano costringe la corrente di ritorno a un giro più lungo, il che ingrandisce l’anello. Eviti di:
- instradare un segnale veloce attraverso un vuoto del piano;
- collocare una fila di grandi piazzole a foro passante o di via così vicine da formare una fessura;
- dividere il piano di massa in aree analogiche e digitali separate senza un motivo chiaro.
Un unico piano di massa con una collocazione accurata (componenti analogici in un’area, digitali in un’altra, nessun segnale che passi dall’una all’altra) funziona normalmente meglio di un piano diviso.
Via di cucitura (stitching)
Quando un segnale cambia strato, anche la sua corrente di ritorno deve cambiare strato. Collochi una via di massa vicino alla via del segnale, in modo che la corrente di ritorno possa seguirla. Le via di massa lungo il bordo di un’area legano inoltre i piani tra loro e riducono l’irradiazione dal bordo. La nostra foratura minima è 0,3 mm con una piazzola da 0,5 mm (veda via e diametri dei fori).
Condensatori di disaccoppiamento
Collochi il condensatore il più vicino possibile al pin di alimentazione del circuito integrato e lo colleghi al piano di massa con un collegamento breve e largo o con una via proprio accanto alla sua piazzola. Una pista lunga tra condensatore e pin aggiunge induttanza e annulla il vantaggio.
Checklist
| Controllo | Perché |
|---|---|
| Piano di massa ininterrotto sotto i segnali veloci | Mantiene piccolo l’anello di ritorno |
| Nessun segnale attraversa un vuoto o una fessura | Evita il giro del ritorno |
| Via di massa accanto a ogni via di cambio strato | Dà un percorso al ritorno |
| Condensatori di disaccoppiamento ai pin di alimentazione | Riduce il rumore di commutazione |
| Aree collegate al piano con più via | Evita il rame isolato |
Rimuova le isole di rame isolate o le colleghi a massa: si comportano da antenne. Quando il layout è pronto, ripassi la checklist DFM e richieda un prezzo nel calcolatore.
Domande frequenti
Devo dividere il piano di massa in analogico e digitale?
Di solito no. Un unico piano continuo con una collocazione sensata dei componenti analogici e digitali, e senza segnali che passino tra le aree, normalmente funziona meglio di un piano diviso.
Perché la corrente di ritorno è importante?
La corrente di ritorno e la corrente di segnale formano un anello. Più l’anello è grande, più la scheda irradia e capta rumore. Un piano di massa continuo sotto il segnale mantiene piccolo l’anello.
Dove colloco le via di cucitura?
Accanto a ogni via di segnale che cambia strato e lungo i bordi delle aree di massa, in modo che la corrente di ritorno possa seguire il segnale e i piani restino legati tra loro.
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