PCB-Layout – Ground Plane Return Path

Ich entwerfe eine 4-Lagen-Leiterplatte mit Leistungsebenen und einer Masseebene mit gemischten Spannungssignalen und hohen Strömen. Ich habe zwei mögliche Konfigurationen mit isolierter Masseebene und frage mich, welche im Hinblick auf die Reduzierung von EMI und Rauschen besser wäre. Die Logikschaltung enthält einen Mikrocontroller mit ADCs, daher möchte ich nicht, dass die Hochstrommasse die analogen Signale stört. Das Leistungsteil treibt einen Motor an, so dass der Boden dort sehr laut sein wird. Hier sind meine Motorflugzeuge.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Eine meiner Masseebenenkonfigurationen zwingt den Erdungsrückweg des Logikpegels, demselben Weg wie der Versorgungsweg zum Regler zu folgen. Für diese Konfiguration gehe ich davon aus, dass es für die logischen Masseströme besser ist, zum Massestift des Reglers zurückzukehren. Die Vorteile, die ich sehen kann, sind, dass der Strom auf demselben Weg wie die Versorgung zurückkehrt, sodass keine Induktivität durch Stromschleifen erzeugt wird. Die Isolierung von der Hochstrommasse scheint auch besser zu sein (nicht sicher, ob dies wahr ist).Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die andere Konfiguration der Masseebene ermöglicht einen direkteren Strompfad von der Logikmasse zur Versorgungsmasse für minimalen Widerstand (anstelle der Masse des Reglers), erzeugt jedoch eine größere Stromschleife. Es scheint auch weniger von der Hochstrommasse isoliert zu sein (auch hier nicht sicher).Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Welche Groundplane-Konfiguration wäre besser für EMI und Signalintegrität und warum? Wenn ich einen Regler habe, sollte der Erdungsrückweg im Allgemeinen so optimiert werden, dass er zur Masse des Reglers (und dann zurück zur Versorgungsmasse) oder direkt zurück zur Versorgungsmasse zurückkehrt?

Antworten (2)

Das klingt seltsam - aber versuchen Sie, Ihre Grundebene nicht zu partitionieren. Stellen Sie stattdessen sicher, dass die Komponenten und Spuren für ein bestimmtes Subsystem (Logik, Analog, Digital) alle in ihren jeweiligen Bereichen bleiben, anstatt beispielsweise mit digitalen Hochgeschwindigkeitsspuren zu „überschwappen“, die durch analoge Schaltungen laufen. Masseebenenströme nehmen den Weg mit der niedrigsten Impedanz zurück zur Quelle, die bei hohen Frequenzen der Spur folgt, für die sie die Rückkehr sind.

Der Schlüssel zu diesen "jeweiligen Bereichen" besteht darin, sicherzustellen, dass sich Ihre empfindlichen Schaltkreise nicht zwischen einer lauten Last und der Stromversorgung befinden. In diesem Fall wollen die lauten Rückströme durch die analoge Schaltung gehen.

Wenn Ihr Ziel darin besteht, EMI und Rauschen zu reduzieren, benötigen Sie wahrscheinlich keine geteilte Masseebene. Die Split-Plane wird normalerweise durchgeführt, wenn Sie empfindliche analoge Geräte (z. B. ADCs) haben und diese eine saubere Massereferenz haben möchten. Es ist besser, die Grundebene nicht zu partitionieren .

Hochfrequente Rückströme folgen einer Referenzebene – sie können eine Leistungsebene für die Rückleitung verwenden, insbesondere für Leiterbahnen auf jeder Seite der Platine, die näher an der Leistungsebene liegt (häufig die unterste Schicht bei 4-Lagen-Platinen). Aus diesem Grund ist es wichtig sicherzustellen, dass digitale Hochfrequenzspuren einer durchgehenden Referenzebene folgen. Wenn Sie den Boden partitionieren, müssen Sie sicherstellen, dass keine Spur jemals die Lücke kreuzt, was das Routing schwieriger macht, wenn die Platine eingeschränkter wird.

Wenn eine Leiterbahn eine Trennwand in der Masseebene kreuzt, wird der Rückstrom den langen Weg zurücklegen. Wenn eine Spur eine Lücke zwischen Power Planes überquert und die Power Plane für die Rückkehr verwendet, kann sie eine lange Tour durch Ihr Board machen, um eine Hochfrequenzroute zwischen zwei getrennten Power Planes zu finden. Siehe meine Antwort hier zum Hochfrequenz-Routing .

Wie immer hat Henry Ott auch gute Ratschläge.

Ich habe ADCs auf dem Mikrocontroller in meiner Logikpegelschaltung, daher wollte ich nicht, dass das Erdungsrauschen der Versorgung ihn beeinflusst. Ich glaube nicht, dass ich Hochfrequenzsignale auf meiner Logikpegelschaltung habe, nur einen Kristall für den Controller und einige 20-kHz-PWM-Signale. Der Regler ist ein 600-kHz-Abwärtswandler. Ist das eine gute Begründung für die Aufteilung des Bodens? Wenn ja, ist es besser, wenn der Ground Return dem ursprünglichen Pfad folgt oder direkt zur Quelle, wenn ich keine signifikant hochfrequenten Signale habe?
Mikrocontroller-ADCs haben normalerweise eine niedrige Auflösung und müssen sich normalerweise nicht damit auseinandersetzen - andere Rauschquellen im Mikrocontroller sind normalerweise größer. In jedem Fall: Wenn Sie die analogen und digitalen Signalspuren korrekt getrennt halten, werden ihre Rückwege auf der Masseebene nachziehen, und die Aufteilung der Masseebene ist normalerweise nicht erforderlich. Wenn Sie sie nicht getrennt halten, verschlimmert eine Aufteilung der Grundebene die Situation, indem Rückpfade gezwungen werden, große Schleifen zu bilden. Geteilte Masseebenen sind manchmal nützlich, aber bedenken Sie, dass "erweitert"
@RaphaelChang Ich stimme Evan zu. Eine geteilte Masseebene ist wahrscheinlich übertrieben für ein Design mit niedriger Frequenz und niedriger Auflösung.
@Evan 12-Bit-ADC ist empfindlich genug, um eine sorgfältige Konditionierung zu erfordern. Ich habe meinen Anteil an Sensorschaltkreisen gemacht und in einigen Fällen erfüllt die Aufteilung definitiv ihren Platz. Aber dann müssen Sie religiös sein, wenn es darum geht, auf Ihre Rückstrompfade zu achten. Sie können "die Lücke" überqueren.. Vorausgesetzt, Sie stellen eine analoge Rückleitungs-"Insel" auf der benachbarten Ebene bereit. Eine der einfachsten Möglichkeiten, Dinge zu spalten, besteht darin, eine U-förmige Lücke um die ADC-/Verstärkerschaltung herum zu machen, wodurch niederfrequente Masseströme um die Schaltung fließen, ohne die Dinge offenkundig zu komplizieren.
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