Ich habe vor ein paar Wochen ein zweischichtiges Board gemacht, das eine eigene Grundplatte hatte. Ich habe 90% der Signale auf der obersten Ebene geroutet und für die letzten 10% musste ich sie durch die untere (Boden-) Ebene leiten.
Mir wurde gesagt, dass es im Allgemeinen eine schlechte Praxis ist, eine gebrochene Grundebene zu haben, da diese nicht so effektiv ist wie eine solide. Warum ist das so?
Gilt das auch für Triebwerke? Sollte ich als letztes Mittel nur Signale durch mein Vcc-Flugzeug leiten? Was opfere ich, wenn ich das tue?
Antworten:
Denken Sie an die Hochfrequenzströme, die über die Grundebene fließen.
Bei niedrigen Frequenzen folgt der Strom (buchstäblich) dem Pfad des geringsten Widerstands. Eine Insel in der Grundebene ist in Bezug auf den Widerstand kein großes Problem. Auf beiden Seiten der Insel befindet sich immer noch viel Kupfer, so dass der Strom mit geringem Spannungsabfall um sie herum fließen kann.
Bei hohen Frequenzen sieht es jedoch anders aus. Die hochfrequenten Rückströme in der Grundebene folgen tendenziell dem gleichen Weg wie die Vorwärtsströme auf den anderen Schichten. Dies ist eine nützliche Eigenschaft, da sie die Gesamtfläche der Stromschleife minimiert und dadurch weniger strahlt und die Schleife auch weniger anfällig für einfallende Strahlung ist. Inseln in der Grundebene zwingen Ströme, um sie herumzugehen, was die Schleifenfläche von Hochfrequenzströmen erheblich vergrößern kann. Wenn Sie dies anders betrachten, können Sie sich vorstellen, dass die Leiter auf der obersten Schicht eine Übertragungsleitung mit der Masseebene bilden. Insel brechen diese Übertragungsleitung, was die Impedanz erhöht, was den Spannungsabfall über der Masseebene erhöht.
Ein weiterer Effekt ist eine sogenannte "Schlitzantenne". Dies ist die Umkehrung eines Dipols, verhält sich jedoch wie ein Dipol zum Strahlen und Empfangen. Wenn Sie einen Hochfrequenzstrom haben, der über die Länge eines leitenden Blechs fließt und dann einen Schlitz in diesem Blech senkrecht zum Stromfluss schneidet, haben Sie eine Schlitzantenne. Dies ist ein Grund dafür, dass Luftströmungslöcher in Metallgehäusen normalerweise eine Reihe von Löchern sind, keine Schlitze oder einzelne große Öffnungen.
Auf einer zweischichtigen Platine müssen Sie normalerweise einige der Signale auf die unterste Schicht leiten. Sie möchten jedoch die unterste Schicht so weit wie möglich als Grundebene belassen. Aus der obigen Analyse können Sie ersehen, dass mehr kleine Inseln besser sind als wenige große. Die Metrik, nach der Sie streben möchten, besteht darin, die maximale Dimension einer Insel zu minimieren.
Ich benutze Eagle und seinen Auto-Router oft für solche Dinge. In den ersten Routing-Durchgängen habe ich die Kosten festgelegt, um eine Routing-Lösung zu finden. In späteren Durchgängen gehe ich davon aus, dass eine Lösung gefunden wurde, die jetzt für die geringste Beschädigung der Grundebene optimiert werden muss. Um dies zu erreichen, habe ich die Kosten für die Grundebenenebene hoch und die Durchkontaktierungskosten niedriger eingestellt. Dies führt zu mehr kurzen "Jumpern" in der Grundebenenschicht anstelle von langen Spuren. Leider neigt Eagle immer noch dazu, diese Jumper zusammenzuklumpen, selbst wenn der Umarmungsparameter auf 0 gesetzt ist. Nach der letzten automatischen Route bereinige ich die Grundebene manuell ein wenig. Dies ändert normalerweise nicht die Topologie, sondern trennt meistens einzelne Jumper voneinander, so dass Kupfer zwischen ihnen fließt.
Hier ist die Zeichnung der unteren Ebene einer solchen Platte:
Dies zeigt die unterste Ebene unseres USBProg PIC-Programmiergeräts . Ein Schaltkreis dieser Komplexität kann nicht auf einer einzelnen Schicht geroutet werden. Beachten Sie jedoch, dass sich in der unteren Schicht viele einzelne kleine Inseln anstelle langer Spuren oder großer Klumpen von Jumpern befinden. Zum größten Teil können die hochfrequenten Rückströme immer noch fließen, ohne zu stark von ihren idealen Pfaden abzuweichen.
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