AC-Signal und Masseebene mit einer anderen Spur dazwischen - ist das schlecht?

Als ich lernte, die EMI-Emissionen einer Schaltung zu reduzieren, habe ich die Bedeutung einer Masseebene gelernt, da sie es ermöglicht, dass der Stromrückfluss für ein Wechselstromsignal in einer angrenzenden Schicht aufgrund dieses Rückwegs direkt unter der Spur dieses Signals fließt mit der niedrigsten Induktivität aufgrund der kleinsten Schleifenfläche, was auch folglich EMI reduziert.

Was ich mich jetzt frage, ist, was ist, wenn etwas zwischen die beiden fraglichen Schichten gelangt? Was ist insbesondere, wenn ich eine Leistungsebene oder Leistungsspuren zwischen meiner Signalspur und der Masseebene habe, die ihre Stromrückführung ermöglichen?

Ich habe erfahren, dass der Rückstrom tatsächlich (verwirrenderweise) durch Entkopplungskondensatoren auf dem Weg zwischen Masse- und Stromversorgungsebenen springen kann. Siehe hier . Das klingt nicht ganz ideal, also denke ich darüber nach, überhaupt kein Power Plane zu haben und stattdessen einfach Power Traces zu verlegen, wo ich sie brauche. Ich frage mich jedoch, ob etwas Schlimmes passieren wird, wenn ich eine Stromverfolgung auf einer Schicht zwischen einem Wechselstromsignal und seinem Rückweg verlege. Betrachten Sie dieses Beispiel, grob dargestellt:

Leiterplattenstapelung

Erstens, wird das Vorhandensein der (gelben) Stromleitung den dargestellten Stromrückweg stören?

Und zweitens, vielleicht besorgniserregender, wandert die gelbe Stromspur direkt durch die "Schleife", die zwischen meiner Spur (rot) und ihrem Stromrückpfad auf der GND-Schicht gebildet wird, und wird vermutlich dann dem resultierenden Feld (elektromagnetisch?) die innerhalb dieser Schleife auftritt. Wird dieses Feld dann zusätzliche Wechselströme in der Leistungsspur induzieren?

Oder gibt es eine bessere Möglichkeit, Strom zu leiten - sollte ich ihn nur auf den Oberflächenschichten leiten und die inneren Schichten nur als GND haben?

Das einzige Problem besteht darin, dass die rote Spur mit der gelben Spur koppeln kann. Wenn sie sich im rechten Winkel kreuzen, ist es minimal. Wenn die Leistungsschicht eine Leistungsebene ist, dann ist sie im Grunde genauso gut wie eine Masseebene.
@mkeith Wenn die gelbe Spur wirklich breit wäre, würde dies den Rückweg beeinflussen? Da sein Kupfer das Feld von der roten Signalspur daran hindern würde, die GND-Ebene für einen Teil davon zu erreichen, würde der Rückweg immer noch "wissen", wohin er gehen muss, um nahe an der roten Signalspur zu bleiben?
Wenn es sich um rechtwinklig kreuzende Spuren handelt, minimaler Effekt. Die elektrischen Feldlinien verlaufen etwas senkrecht durch die gelbe Spur.

Antworten (2)

Eine Stromversorgungsebene ist eine ebenso gute Referenzebene wie eine Masseebene und dient als Referenzebene / Rückweg für die benachbarte Signalschicht, da sie eine ebenso gute Wechselstrommasse wie die Masseebene ist - es gibt also keinen Grund dazu Führen Sie die von Ihnen beschriebenen Routing-Konvolutionen durch.

Nur solange Entkopplungskondensatoren zwischen Power Plane und Masse an beiden Enden der Signalspur vorhanden sind, richtig? Wenn die Rückströme in der Leistungsebene fließen wollen, müssen sie von der Erde durch einen Entkopplungskondensator dorthin "springen" und dann am anderen Ende durch einen anderen zurück "springen", ist das richtig?
@beammy - nein, siehe Abbildungen 10-34 und 10-35 von Elektromagnetische Kompatibilitätstechnik zusammen mit dem Begleittext in Abschnitt 10.7.1

Für Platinen mit vielen Hochfrequenz-Routing-Anforderungen wird das Problem gelöst, indem mehr Schichten verwendet und mehr davon als Masseebenen zugewiesen werden. Beispielsweise kann eine 6-Lagen-Platine einen Stapel wie diesen verwenden:

  1. Oberflächen-Routing-Schicht
  2. Bezugsgrundschicht für 1 & 3
  3. innere Routing-Schicht
  4. Leistungsebene (kann bei mehr als einer Spannungsschiene segmentiert werden)
  5. Bezugsgrundschicht für 6
  6. Oberflächen-Routing-Schicht

Bei einem solchen Schema wird der Abstand zwischen den Schichten 1–2, 2–3 und 5–6 so gewählt, dass die Leiterbahnimpedanz zur Referenzmasseebene gemäß den Anforderungen gesteuert werden kann. Für Stapelsymmetrie wird der 4-5-Abstand oft gleich dem 2-3-Abstand gemacht. Der 3-4-Abstand wird mindestens drei- oder mehrfach größer gemacht als die anderen Abstände und wird zum vorherrschenden Kern der fertigen Platte und wird typischerweise angepasst, um die gewünschte Gesamtdicke der Platte zu erreichen.

Die meisten Leiterplattenhersteller können den Schichtabstand an die für ein bestimmtes Leiterplattenlayout berechneten Anforderungen anpassen. Da jedoch viele Leser hier Ingenieure sind, die sich mit der Herstellung von Leiterplatten in geringen Stückzahlen befassen, oder Bastler, die nach den niedrigsten Kosten suchen, ist es notwendig, den Prototypen-PCB-Shop zu fragen, welche Standardaufbauten sie haben, BEVOR Sie mit dem Layout-Design beginnen. Sie verwenden diese Zahlen dann bei der Berechnung der Leiterbahnbreiten, um die erforderliche Leiterbahnimpedanz zu den Referenzebenen zu erreichen. Beachten Sie, dass nicht alle Prototypenläden denselben Schichtaufbau verwenden. Beachten Sie daher, dass ein impedanzgesteuertes Design für eine Leiterbahn möglicherweise nicht richtig funktioniert, wenn die Produktion in eine andere Werkstatt verlagert wird, die andere Nummern in ihrem Standardaufbau verwendet.

Wenn Sie ein bestimmtes Stapeldesign verwenden, ist es eine wirklich gute Idee, eine Fertigungszeichnung mit Ihren Board-Artwork-Sicherheiten beizufügen, die die Stapelabstände explizit angibt. Auch wenn Sie im Low-Volume-Lager sind und einen der verschiedenen Prototypen- oder Chargen-PCB-Dienste nutzen, versuchen Sie, Geschäfte zu vermeiden, die Ihre Fertigungszeichnung ignorieren. Ein anständiger Shop wird sich Ihre Zeichnung ansehen und berücksichtigen und Feedback geben, wenn er Ihre Anforderungen nicht aus seiner Standard-Stapelauswahl erfüllen kann.

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