So verbinden Sie Erdungsebenen miteinander

Was ist der beste Weg, um Grundebenen miteinander zu verbinden?

Ich weiß, dass Masseebenen an mehreren Stellen miteinander verbunden sind, um eine niederohmige GND über die gesamte Platine zu halten und einen Rückweg für die Signale bereitzustellen.

Aber zusätzlich zu der Durchkontaktierung sehr nahe an jedem Entkopplungskondensator,

• Ich habe Layouts gesehen, in denen viele Durchkontaktierungen mit einem Gittermuster mit einem Abstand von 1/20 der maximalen Wellenlänge auf der Platine hinzugefügt wurden.

• Auf anderen Platinen werden die Durchkontaktierungen entlang der Leiterbahnen platziert (z. B. " Platzierung von Durchkontaktierungen zum Verbinden von Grundebenen ").

• Ich habe die Vias zufällig verstreut gesehen.

• Es gibt auch eine Kombination: Durchkontaktierungen entlang der Linien + zufällig auf den GND-Ebenen verteilt.

Gibt es spürbare Unterschiede?

Was ich erreichen möchte, ist eine gute Signalintegrität, geringe Strahlung und eine gute Entkopplung der Stromversorgung.

Es gibt keinen.

Das heißt, es gibt einige Dinge, die ich im Laufe der Zeit gesammelt habe. Was Sie mit den Bodenebenen tun, hängt stark davon ab, was Sie versuchen. Sie könnten versuchen, niederohmige Pfade bereitzustellen, oder Sie könnten versuchen, einen Bereich von einem anderen zu isolieren, oder Sie könnten versuchen, mit EMI umzugehen.

Es gibt sicherlich einen Leistungsverlust, wenn Sie es falsch machen, aber es ist Ihnen vielleicht egal, es sei denn, Sie haben es mit Hochfrequenzschaltungen oder präziser analoger Arbeit zu tun. Die Anzahl der schwankenden Bits des ADC-Messwerts bei geerdeten Eingängen oder die spektrale Reinheit eines HF-Signals, gemessen mit einem Spektrumanalysator, zeigen Ihnen, wie falsch Sie mit einem Design sind. Es ist im Allgemeinen unmöglich, es zu 100% richtig zu machen (Datenblattspezifikation), es sei denn, Sie haben ein System, das so einfach ist wie die Testschaltungen.

Die kompliziertesten Erdungsverbindungsprobleme haben mit HF-Frequenzen und mit Signalen zu tun, die entweder schwach sind oder Spuren durchlaufen, die für eine EMI-Kopplung in dieser Frequenz anfällig sind. Bei Mikrowellenfrequenzen reicht ein Zentimeter aus, um eine sehr effektive Antenne herzustellen und mit Dingen herumzuspielen. Ich erinnere mich, dass ein Professor von mir mir einmal sagte, wenn er in der Branche arbeitete, würden sie viele Punkte hinterlassen, an denen zwei Gründe kurzgeschlossen werden könnten, und dann würde ein Ingenieur jeden von ihnen einzeln testen, um zu sehen, welche das gaben beste Leistung. Sie arbeiteten mit Hochfrequenzschaltungen (Mikrowellenschaltungen).

Normalerweise gibt es drei Arten von "Grundebenen" wie Elemente, die Sie kurzschließen möchten.

1. Echte Bodenflugzeuge. Aus irgendeinem Grund haben Sie viele davon und möchten sie miteinander verbinden. Dies ist wahrscheinlich das häufigste Auftreten des Problems im Lauf der Mühlenkreise.

2. Erdungs- / Schutzspuren, die zusammen mit Signalleitungen verlaufen, die möglicherweise einen Rückweg bereitstellen und ein Hochfrequenzsignal oder ein Signal schützen, das an eine hochohmige Quelle oder Senke gebunden ist. Dies kann entweder dazu dienen, einen Signalverlust oder eine EMI-Kopplung zu verhindern.

3. Mehrere Grundebenen, die tatsächlich den gleichen Boden haben.

Zunächst sollten Sie verstehen, dass es nicht wirklich eine universelle Erdung gibt und dass unterschiedliche Erdungen in derselben Schaltung nicht unbedingt dieselbe Erdung sind. Ein typisches Beispiel, auf das Sie stoßen würden, ist ein Datenblatt für einen ADC, das über analoge und digitale Gründe spricht. Dies soll sicherstellen, dass die ach so verrauschten digitalen Schaltkreise nicht mit dem hochauflösenden ADC in Konflikt geraten, für den Sie extra bezahlt haben. Verschiedene Arten von Schaltkreisen haben unterschiedliche Eigenschaften, wenn es um die Wechselwirkung mit der Erde geht. Da digitale Schaltungen durch einen plötzlichen Stromanstieg bei jedem Takt gekennzeichnet sind, neigen sie dazu, bei der Taktfrequenz und anschließend bei Harmonischen und Subharmonischen besonders verrauscht zu sein. Bypassing-Kondensatoren sollen damit umgehen,

In ähnlicher Weise neigen die Strommassen dazu, laut zu sein, weil Lasten wie Motoren und Magnete dazu neigen, entweder aufgrund von Kommutierungseffekten oder aufgrund von PWM-Effekten laut zu sein. Die hohen Ströme und der endliche Erdungswiderstand (selbst ein Stück Kupfer hat einen gewissen Widerstand) bedeuten, dass die Transienten, die auf der Leistungsmasse auftreten, tendenziell höher sind. Manchmal hoch genug, um Ihre Gebermessungen vollständig zu vermasseln, während Sie beispielsweise einen Motor steuern.

Das Ziel ist es also, diese Gründe so gut wie möglich zu isolieren. Das bedeutet, dass sie sich überhaupt nicht überlappen. Sie legen oben keine analoge Masse und unten keine digitale Masse an. Alles, was mit Analog zu tun hat, gehört zur analogen Masse, und alles, was mit Digital zu tun hat, gehört zur Digitalmasse in separaten Bereichen der Platine. Wenn das Ziel die Isolation ist, verbinden Sie die Ebenen an einem einzigen Punkt miteinander. Mehr als ein Punkt kann katastrophal sein, da er zu Stromschleifen und damit zu EMI-Problemen und unbeabsichtigten Antennen führt. Der Punkt, an dem alle Erdungen kurzgeschlossen sind, wird normalerweise als Sternerdungspunkt der Schaltung bezeichnet und ist so nah, wie Sie zu einer schaltungsweiten Masse gelangen. Im Allgemeinen sollten diese so nahe und zentral wie möglich an einem Ort kurzgeschlossen werden, an dem die beiden Schaltkreise zusammenwirken, normalerweise an einem ADC oder DAC. In wirklich zufälligen Designs würden Sie sie in der Nähe des Vorrats kurzschließen und für das Beste beten. Dies ist Typ 1.

In Typ 2 haben Sie eine Art Schutzspur. Wenn sich die Spur am Boden befindet, sind Sie wahrscheinlich besorgt über EMI und nicht über Leckagen. Im Falle einer Leckage möchten Sie den Schutz nahe am Signalpegel fahren. In beiden Fällen soll der Schutz der Quelle so niedrig wie möglich sein. Dies bedeutet, dass mehrere Durchkontaktierungen in regelmäßigen Abständen auf die Grundebene fallen, wenn die Spur geerdet werden soll.

Die dritte und etwas weniger exotische Sorte, die eigentlich nur das Offensichtliche aussagt. Dies hat damit zu tun, dass die Durchkontaktierungen Entkopplungskappen zum Boden bringen oder dass die zufälligen Durchkontaktierungen die oberen und unteren Grundebenen kurzschließen. Sobald Sie einen Sternboden erstellt und die verschiedenen Bereiche isoliert haben, möchten Sie, dass jeder Boden so einheitlich wie möglich ist. Sie möchten beispielsweise nicht, dass zwischen zwei Ecken der analogen Grundebene eine messbare Potentialdifferenz besteht. Sie tun dies, indem Sie einen Pfad mit niedriger Impedanz zur Erdung des Sterns bereitstellen. Jeder Stift oder jedes Pad, das geerdet werden muss, geht in die Ebene, die einen geraden Schuss zum Erdungspunkt des Sterns liefert. Das Flugzeug hat den zusätzlichen Vorteil, dass unter jeder Signalspur ein Rückweg bereitgestellt wird, wodurch die Bildung von Stromschleifen vermieden wird, die als Antennen fungieren können. In Fällen, in denen die Grundplatte gebrochen werden muss, Wenn Sie jedoch einen Rückweg benötigen, geben Sie eine alternative Route durch eine andere Ebene an. Wenn Sie mehrere Ebenen mit Masse im selben Bereich haben (Hinweis: Dies muss dieselbe Masse sein), können periodische Durchkontaktierungen dazu beitragen, die Impedanz geringfügig zu verringern.