Wann sollte ich eine Grundplatte verwenden?

Ich bin neu im PCB-Design. Meine Schaltung enthält eine Spannung von 3,3 V, eine maximale Signalfrequenz von 400 kHz und weniger als 10 mit Masse verbundene Komponenten. Brauche ich wirklich eine Massefläche in meiner Leiterplatte? Oder um genau zu sein: Wann sollte ich eine Grundplatte verwenden?

Viel hängt davon ab, ob Sie eine handelsübliche Leiterplatte herstellen und verkaufen oder ein paar Einzelkarten für den Eigenbedarf. Wenn erstere, dann ist ein Grundriss wichtiger, um die Strahlungsemissionen so gering wie möglich zu halten, um FCC (Teil 15, unbeabsichtigte Radiatoren), CE und andere Vorschriften zu erfüllen, obwohl ich viele kommerzielle Produkte mit ein- oder zweiseitigen Platinen und Nein gesehen habe Flugzeuge. (Auf der anderen Seite hat einer meiner Kunden gerade eine sechsschichtige Platine mit drei Signalschichten, einer Vcc-Schicht und zwei Masseebenen in Sandwich-Konfiguration hergestellt.)

Wenn Sie nur Signale mit bis zu 400 kHz haben, klingt es so, als würden Sie keinen Mikrocontroller verwenden (oder wenn Sie einen internen Oszillator verwenden, gibt es keinen Quarz). Wenn Sie Ihren Schaltkreis auf einem drahtlosen Steckbrett oder Ähnlichem als Prototyp erstellt haben und dies in Ordnung ist, sollte dies auch ohne Masseebene funktionieren.

Selbst wenn Sie ein kommerzielles Produkt verwenden, Ihr Gerät batteriebetrieben ist und keine Signale über 1,705 MHz hat (was in Ihrem Fall zutrifft), ist es von den FCC-Regeln ausgenommen.

Zunächst müssen Sie sicherstellen, dass Ihre Annahmen gültig sind. Wenn Ihre Schaltung beispielsweise an zwei Geräte angeschlossen ist, die mit Schaltnetzteilen versorgt werden, fließt zwischen diesen Geräten ein Gleichtakt-Hochfrequenzstrom. Der Strom fließt durch Ihr Gerät und erzeugt Rauschspannungen an den Impedanzen der Leiterbahnen in Ihrer Schaltung.

Zweitens: Ob es sich um ein Problem handelt oder nicht, hängt einzig und allein davon ab, was die Schaltung tut. Sie müssen die Impedanzen der Leiterbahnen zwischen verschiedenen Knoten in der Schaltung schätzen und deren Auswirkung auf die Schaltung modellieren. Wenn Sie ein Schaltungsmodellierungswerkzeug wie Spice verwenden, sollten Sie Ihre "festen" Verbindungen durch Schaltungen ersetzen, die den Leiterbahnimpedanzen entsprechen. Sie können dann feststellen, ob die an diesen Impedanzen abfallenden Spannungen ein Problem darstellen oder nicht.

Idealerweise sollten Sie immer eine Grundplatte verwenden. Aber aus verschiedenen Gründen ist es nicht immer möglich oder geeignet:

• 1- und 2-lagige Leiterplatte:

Für 1 Schicht denke ich, dass der Grund ziemlich offensichtlich ist. Sie können die nicht geroutete Leiterplatte mit Kupfer nach GND füllen, aber das ist keine echte Masseebene.
Für zwei Ebenen haben Sie nicht immer genug Platz für das Routing auf einer Ebene und einer Grundebene auf der anderen, aber wenn Sie können, tun Sie dies, auch wenn Sie einige kleine Spuren auf der Grundebenenebene haben.

• Analoges Design:

Einige analoge Designs sollten nicht auf eine Masseebene bezogen werden oder eine Sternverbindung für GND haben.
Wenn Sie beispielsweise eine Erfassungsschaltung durchführen, sollten Sie sich über die verschiedenen Referenzebenen Gedanken machen. Gleiches gilt für isolierte Netzteile.

Außerdem hängt es von Ihrem Design ab, ob Sie ein 5-V-CMOS-Level-Design ausführen. Störungen wie 1-V-Spikes können das Verhalten Ihres Schaltkreises nicht beeinträchtigen, während sie bei 1,8 V ziemlich schädlich für das Verhalten sind.

Gleiches gilt für Frequenz und Anstiegszeit: Ein Niedergeschwindigkeitsstromkreis verteilt im Vergleich zu Hochgeschwindigkeitsstromkreisen nicht zu viel EMV (ich spreche nicht über die Signalfrequenz, sondern über die Ersatzfrequenz für die Anstiegszeit).