マイクロコントローラーのPCBレイアウトの詳細

更新：フォローアップの質問は、結果のPCBレイアウトに対する私の見解を示しています。

私は最初のボードをuCでレイアウトします（組み込みシステムの使用とプログラミングでかなりの経験がありますが、PCBレイアウトを行うのはこれが初めてです）、これはSTM32F103ですSTMの内部DACといくつかの外部DACの両方をSPI経由で使用するミックスドシグナルボードであり、接地について少し混乱しています。

これらの質問に対する回答：

• デカップリングキャップ、PCBレイアウト
• 競合するPCB Crystalレイアウトの推奨事項
• PSoCの混合信号PCBレイアウト

uCのローカルグランドプレーンを正確に1つのポイントでグローバルグランドに接続し、ローカルパワーネットを同じポイントの近くのグローバル電源に接続する必要があることを明確に述べています。これが私がやっていることです。私の4層スタックは次のとおりです。

• ローカルGNDプレーン+信号、uC、100nFデカップリングキャップ、水晶
• グローバルGND、ビアを除く切れ目のない。Henry Ottなどの情報源によれば、グランドプレーンは分割されておらず、デジタルセクションとアナログセクションは物理的に分離されています。
• 電源、ICの下の3.3Vプレーン、3.3V外部DACの太いトレース、アナログセクションでボルトを分配するための太いトレース。$\pm15$
• 信号+ 1uFデカップリングキャップ

ボード上のさらに離れたところに、アナログコンポーネントと信号が最上層と最下層にあります。

だから質問：

1. uCの下でグローバルグラウンドを破壊する必要がありますか、それともローカルプレーンの下に完全なグランドプレーンがあるのは良いですか？
2. 電源プレーン：uCの下のみに電源プレーンを配置し、ビアを使用してデカップリングキャップに電力を供給し、したがって最上層のuCに電力を供給するつもりです。外部DACはスター型である必要があります。そのため、個別のトラックがあり、ボードの残りはボルトです。これは大丈夫ですか？$\pm15$
3. uCのADCとDACの両方を使用し、ボードのアナログセクションで基準電圧を生成します。基準電圧は、電源プレーン上のトラックでuCのVref +ピンに供給します。Vref-ピンはどこに接続する必要がありますか：ローカルグランド、グローバルグランド、またはそれをアナログセクションのグローバルグランドに接続する電源プレーン上に別のトラックを作成します。たぶん、基準電圧が生成される場所の近くですか？STM32では、Vref-はアナロググランドVSSAピンとは異なることに注意してください（ローカルGNDプレーンに接続すると思われますか？）。

ここでのデザインに関する他のコメントももちろん歓迎します！

マイクロのために必ずしもローカルグランドプレーンは必要ありません。ローカルアースは、マイクロの下に中心点があるスターにすることができます。たとえば、このスターはメインアースに接続されます。

少なくとも4つのレイヤーがある場合、マイクロのすぐ近くにあるレイヤーの1つをローカルグランド専用にすることは理にかなっています。これにより配線が難しくなりすぎたり、2層ボードの場合は、スター構成を使用してください。主なポイントは、マイクロによって引き出される高周波電力電流をメイングランドプレーンから離すことです。そうしないと、グランドプレーンではなく、中央給電のパッチアンテナになります。

マイクロ電源ピンからバイパスキャップ、マイクログランドピンへのループは、メイングランドプレーンを横断しないでください。これは、高周波電力電流が流れる場所です。グラウンドピンをメイングラウンドに1箇所で接続しますが、バイパスキャップのグラウンド側をメイングラウンドに個別に接続しないでください。バイパスキャップのグランド側には、マイクロのグランドピンへの独自の接続が必要です。

マイクロとボードのその他の部分との間を通過するデジタル信号は、マイクロがグランドピンの近くのメイングランドに接続されるため、ループ領域が小さくなります。

1. いいえ、すべきではありません。そして、いわゆる「ローカルグラウンド」を取り除きます。このローカルグランドを実装すると、すべてのデジタル信号で何が起こっていると思いますか？回答は、リンクしたHenry Ottの記事（図1）にあります。

   確かに、ローカルグランドとグランドプレーンの間には接続がありますが、ループエリアを大きくするだけで、基本的にトランスを小さなアンテナに変えることができます。

2. いいんじゃない。

3. リファレンスマニュアルには、V _REF-をV _SSAに接続し、V _SSAをV _SSに接続する必要があると記載されています。V _REF-を直接グランドに接続し、賢い配置を使用して、デジタル電流が邪魔にならないようにすることをお勧めします。

提案に関しては、1uFキャップが下部に配置する予定の唯一のコンポーネントである場合、上部に配置することをお勧めします。両側にコンポーネントがある場合、製造業者はボードをオーブンに2回通すか、コンポーネントを手ではんだ付けする必要があります。どちらも製造コストを増加させます。

この回答が役立つ場合があります。

本当に別々のプレーンを使用することはほとんどありませんが（このようなアプリケーションはまだ存在します）、あなたのような回路には使用しません。

コンポーネントを慎重に配置し、電源/グランドについて少し考えることで、適切なレイアウトを実現できます。