Que señales poner en cada una de las 4 capas?

[elgarbe]

Hola, estoy por diseñar mi primer placa a 4 layers.
Necesito 4 capas porque tengo que achicar lo más posible la misma y como en ella hay un módulo GPS y un transeiver de 433MHz que son opcionales, quería ponerlos en el bottom y colocar componentes que van siempre en el TOP.
Para que se den una idea esta es la placa a 2 layer poniendo todo en el TOP:

Captura de pantalla 2015-12-08 16.11.31.png
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y un render:

Captura de pantalla 2015-12-08 16.14.40.png
(124.83 kB, 406x624 - visto 971 veces)

El tema es que a 2 capas ya no puedo hacer mas nada (o casi) para achicar la placa. Incluso, el que use la placa sin GPS ni Transeiver va a tener un espacio vacío enorme arriba. Es por ello que quiero poner el transeiver debajo de la uSD y bajar todo lo que se pueda el GPS. Para eso voy a tener que pasar a 4 layers.

Dicho esto, la gran pregunta, como se elige que poner en cada layer???? me gustaría informacion técica de ser posible. Estoy buscando notas de aplicacion en google, pero creo que no estoy poniendo bien los terminos en ingles porque no consigo info...

Saludos y gracias

[manwenwe]

Hola,

¿tienes señales single-ended (paralelas) de alta frecuencia o pares diferenciales?. De 2 a 4 capas lo normal es que utilices las dos internas como planos: 1 sólido para GND y otro con alimentaciones. Normalmente el sólido de GND va adyacente a la capa externa que tenga los ICs más "críticos". Te pregunté lo de la frecuencia de las señales porque lo normal es que estas señales vayan en capas internas. Si es así la mejor estrategia para 4 capas es que lo hagas al revés: en tal caso GND y alimentaciones en las externas e intenta que las 2 capas de señal internas lleven las "nets" de forma transversal (en paralelo pueden inducir unas a otras).

De todas formas la placa parece muy bien "ordenadita": si es por tamaño de la PCB lo entiendo, pero no será por las "nets" porque tienes espacio de sobra...

Saludos!

[elgarbe]

No tengo señales de alta frecuencia. Lo más rapido en esa placa puede ser la uSD. El uC trabaja a 100MHz por lo que los buses SPI llegarán a 50MHz como mucho. Hay 2 señales analógicas en los conectores de la izquierda.

Como bien dices, el problema es achicar la placa, no el ruteo. Esa placa a 2 capas la voy a fabricar yo como prototipo de pruebas, pero el producto final me gustaría que sea a 4 capas y lo más chica posible y con el transeiver en el bottom para aprovechar mejor el espacio.

Encontré esta página:
http://microensamble.com/blog/ventajas-de-usar-circuitos-multicapa

Entonces la idea sería, en la capa TOP ruteo señales comunes, como capacitores de desacoplo, los LDO, los LED indicadores. En la primer mid layer lo hago de GND y en cada punto del circuito que necesite GND pongo una via. Esta vía que va del TOP a la primer MIDLE, que no es pasante, es una vía común, verdad? digo, no es especial para la fabricacion, no?
Luego en la segunda MIDLE ruteo +3V y +5V, pero no en forma de plano, sino con pistas para conducir lo mejor posible la corriente, verdad? Las vías de la capa TOP a la middle 2 es una vía común de fabricar?
Y en la bottom pongo las señales especiales, como son los buses, etc.
Estaría bien así?

Luego, el relleno de las capas que no son GND (TOP, MID2 y BOTTOM) con que las relleno? con GND, verdad? y trato de unir con vias desparramadas los planos?

Saludos y gracias!

[manwenwe]

Sí. Todo con THT: las microvias son muy caras y no te hacen falta. En la de alimentación mejor planos que pistas. En TOP y BOT pon el resto de señales. Si tienes un SPI normal lo máximo que llega son 10Mhz. Otra cosa es que tengas una memoria QSPI, esas si llegan a 50Mhz y más: esto ya es bastante frecuencia para lineas "single-ended";  si es así intenta que tengan una longitud muy parecida, ponlas en la top encima del plano sólido de GND (si las pones en la BOT igual cruzan planos de alimentación y esto no es bueno) y si ya quieres hacerlo perfecto calcula la impedancia para que sea 50ohm (Altium te la dice si le pones la distancia al plano sólido, ojo, un plano no un polígono). Lo que te sobre de cobre lo puedes utilizar como GND o como alimentaciones: no pegues demasiado estos poligonos al resto de nets (déjales 0.3-0.5mm de espacio).

Saludos.

[MerLiNz]

Yo después de leer y leer y releer... He dado con la siguiente conclusión:

Top: pistas de alta velocidad (para evitar que pasen por las vias a la cara inferior)
2: gnd
3: toda alimentación (3v,5v)
B: demas vias

Las pistas de alimentación y gnd si pones planos mejor y mas fácil. Tanto en top como bot puedes poner planos de gnd para aislar las vias del ruido, es importante seguir normas para evitar formar antenas (no poner cobre sin conectar, si hay una isleta que tenga tanto entrada como salida...)

Con eso no te debe dar problemas si es sencillo lo que quieres hacer tampoco necesitas currartelo al maximo... Si tuvieras pistas de alta frecuencia ya si seria mas delicado

[manwenwe]

MerLiNZ:

¿a qué te refieres con evitar que pasen por las vias de la cara inferior?. Lo de las "antenas" tienes razón. Para mí si hay más de una alimentación por capa me es más cómodo poligonos. Por el resto estoy de acuerdo. Tampoco entiendo lo de las vias de BOT. Todas las vias son THT: pasan por todas las capas.

Saludos.

[elgarbe]

Muchas gracias a ámbos por las sugerencias.
Tengo un sensor puesto cuyo SPI llega a 20MHz y seguramente lo trabaje a esa frecuencia.

Entonces, las vias son pasantes. Las vías que van entre, por ejemplo, top y middle 1 se llama micro vía y son caras.
En la Top y Bottom señales. En la top preferentemente los buses
Middle 1 con plano, no polígono (nunca usé los planos, serían los FILL en altium?, diferencias principales con los poligonos?)
Middle 2 alimentaciones. Yo pensé que lo mejor era rutear con tracks y no con planos la alimentacion, para poder conducir bien la corriente, evitando que un grupo de componentes afecte a otro grupo. Pero si dicen que es mejor con plano, entonces así lo hago.

saludos

[Jorge555]

Según entiendo yo, tanto Vcc y GND da igual cual se ponga en las interiores, ambos son planos de referencia, lo único que las pistas de una parte del circuito sobre un plano de referencia no se deben meter en los planos de referencia (vcc y gnd) de otra parte del circuito, es decir pasar por discontinuidades de planos de refenrecia.

Pero digamos que si hay dos planos continuos, uno de Vcc y otro de GND, entiendo que da igual en que capa interior se pongan en el pcb de 4 layers, desde el punbto de vista de las señales ambos son planos de referencia.

[elgarbe]

Pero el hecho de que una señal no pueda pasar del TOP al BOTTOM (si no entiendo mal eso es lo que se debe evitar), complica el ruteo. Esta condicion es unicamente para señales de alta velocidad, verdad?

Otra consulta, en la capa TOP, debajo de del uC (un stm32f411 a 100mhz) no deben cruzar pistas, verdad? todo plano de GND se sugiere o no hay recomendacion de ese tipo?

sds.

[MerLiNz]

con evitar que pasen las pistas de alta frecuencia a la cara inferior a eso me refiero, si tenemos alta frecuencia por la cara superior, se debe evitar pasar a la cara inferior (siempre a medida de lo posible) asi evitamos problemas de capacitancias y ruidos al pasar por las vias. Con bot me refiero a bottom.
Pero esto solo se aplica a pistas de alta frecuencia, siempre se debe evitar pasar de una cara a otra. Las pistas normales da igual...

Yo para vcc y gnd utilizo planos, no se en otros softwares como se llaman, mas en concreto, en altium se llaman "polygon pour" (no confundir con FILL). Al poner prioridades haces que un poligono se cree antes que otro y no se pise uno al otro.

Lo de que no crucen las pistas debajo del uC tambien es cierto, sin embargo no creo que sea tan delicado, quizas en un uC de alta frecuencia con pistas de alta frecuencia haya problemas, pero algo normal como un microcontrolador no deberia dar problemas, ya de por si hay que pensar que si usas un formato BGA las pistas pasan por debajo del mcu si o si. Tambien he visto que no se debe poner plano ni debajo del uC tampoco, pero no creo que influya excesivamente.

[elgarbe]

ahora si, ya entendí bien.

Una más, pero sobre manufactura. La placa la voy a pedir en pcbway, creo que todos los fabricantes chinos son mas o menos parecidos, con que ancho de pista rutean las señales? 8 mils esta más que bien, no? (ellos dicen que hacen 4 mils y sugieren 6mils para arriba). Lo mismo con las vías, 0.5mm de agujero y 0.8 exterior estaría bien, no?

saludos

[MerLiNz]

yo suelo usar 10mils.

El agujero tambien lo hago superior al minimo, seguramente se podra bien, pero bueno... Debes contar la intensidad maxima que soporta la via para calcular el agujero. El exterior suelo calcular el minimo de la pista, si son 0.5mm pues le sumo 10mil*2 asi tienes el minimo resuelto, de todas formas con seguir las normas que el fabricante te diga te deberia servir. De todas formas ponle un poco mas por si acaso.

[manwenwe]

Los planos en altium los pones en el layer stack manager. Luego les asignas una net. También puedes poner más de un plano en la misma capa. No se distinguen mucho de los polígonos. La principal ventaja es que Altium te los coge como referencia para calcular impedancias. Por lo demás tienes un parámetro que se llama pull-back que es el espacio que dejas en el borde de la placa. Tiene sus propias rules (las encontrarás rápido) y el gerber se genera en negativo para ocupar menos espacio.

Saludos.

[elgarbe]

Así quedó mi stack:

Captura de pantalla 2015-12-09 15.52.03.png
(58.58 kB, 958x512 - visto 912 veces)

Ahí figura mi Ground plane. Como hago para decirle que ese plano es de la net GND? tengo que poner un polygon?

saludos y gracias!

[MerLiNz]

tienes que poner un polygon y asignarle una net (GND) si por ejemplo tienes varias VCC (3v, 5v...) pues varios planos con distintas nets