So verbinden Sie Masseebenen miteinander

Es gibt keinen.

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

Es gibt sicherlich einen Leistungsnachteil, wenn man es falsch macht, 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 von einem Spektrumanalysator, sagt Ihnen, wie falsch Sie mit jedem Design liegen. Es ist im Allgemeinen unmöglich, es 100% richtig zu machen (Datenblattspezifikation), es sei denn, Sie haben ein System, das so einfach ist wie ihre Testschaltungen.

Die kompliziertesten Masseverbindungsprobleme haben mit HF-Frequenzen und mit Signalen zu tun, die entweder schwach sind oder durch Spuren laufen, die für EMI-Kopplung in dieser Frequenz anfällig sind. Bei Mikrowellenfrequenzen reicht ein Zentimeter aus, um eine sehr effektive Antenne zu bauen und Dinge zu verwirren. Ich erinnere mich, dass einer meiner Professoren mir einmal erzählte, dass sie, als er in der Industrie arbeitete, viele Punkte hinterlassen würden, an denen zwei Erdungen kurzgeschlossen werden könnten, und dann würde ein Ingenieur jeden von ihnen einzeln testen, um zu sehen, welcher dies ergibt beste Leistung. Sie arbeiteten mit Hochfrequenzschaltungen (Mikrowellen).

Typischerweise gibt es drei Arten von "Grundplatten", wie Elemente, die Sie kurzschließen möchten.

1. Echte Bodenplatten. Aus irgendeinem Grund haben Sie viele davon und möchten sie miteinander verbinden. Dies ist wahrscheinlich das häufigste Auftreten des Problems in gewöhnlichen Schaltkreisen.

2. Erdungs-/Schutzspuren, die zusammen mit Signalleitungen verlaufen, die möglicherweise einen Rückweg bereitstellen, ein Hochfrequenzsignal schützen oder eines, das zu/von einer Quelle oder Senke mit hoher Impedanz verbunden ist. Dies könnte entweder dazu dienen, Signallecks zu verhindern oder EMI-Kopplung zu verhindern.

3. Mehrere Masseebenen, die eigentlich die gleiche Masse sind.

Zunächst sollten Sie verstehen, dass es nicht wirklich eine universelle Erdung gibt und dass verschiedene 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 lauten digitalen Schaltkreise nicht mit dem hochauflösenden ADC, für den Sie extra bezahlt haben, in Konflikt geraten. Verschiedene Arten von Schaltkreisen haben unterschiedliche Eigenschaften, wenn es um ihre Wechselwirkung mit dem Boden geht. Da digitale Schaltungen durch eine plötzliche Stromspitze bei jedem Takt gekennzeichnet sind, neigen sie dazu, bei der Taktfrequenz und anschließend bei Harmonischen und Subharmonischen besonders laut zu sein. Bypass-Kondensatoren sollen damit umgehen,

In ähnlicher Weise neigen Leistungserdungen dazu, laut zu sein, da Lasten wie Motoren und Solenoide dazu neigen, entweder aufgrund von Kommutierungseffekten oder Dingen wie PWM laut zu sein. Die beteiligten 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 Encoder-Messungen komplett 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 überschneiden. Sie legen nicht die analoge Masse oben und die digitale Masse unten an. Alles, was mit Analog zu tun hat, geht auf die analoge Masse, und alles, was mit Digital zu tun hat, geht auf die digitale Masse in separaten Bereichen der Leiterplatte. Wenn das Ziel Isolation ist, verbinden Sie die Ebenen an einem einzigen Punkt miteinander. Mehr als ein Punkt kann katastrophal sein, da dies 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 möglich an einer schaltungsweiten Erdung. Im Allgemeinen sollten diese so nah und zentral wie möglich an einer Stelle kurzgeschlossen werden, an der die beiden Schaltkreise interagieren, normalerweise ein ADC oder DAC. In wirklich zufälligen Designs würden Sie sie in der Nähe des Vorrats kurzschließen und für das Beste beten. Das ist Typ 1.

Bei Typ 2 haben Sie eine Art Wächterspur. Wenn die Spur auf Masse liegt, machen Sie sich wahrscheinlich Sorgen um EMI und nicht um Leckagen. Im Falle einer Leckage möchten Sie den Wächter nahe am Signalpegel ansteuern. In beiden Fällen möchten Sie, dass der Schutz so niederohmig wie möglich zur Quelle ist. Dies bedeutet, dass mehrere Vias in regelmäßigen Abständen auf die Masseebene fallen, wenn die Leiterbahn geerdet werden soll.

Die dritte und etwas weniger exotische Sorte, die eigentlich nur das Offensichtliche ausdrückt. Dies hat damit zu tun, dass die Durchkontaktierungen Entkopplungskappen auf Masse bringen oder die zufälligen Durchkontaktierungen obere und untere Masseebenen kurzschließen. Nachdem Sie einen sternförmigen Boden 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 einer analogen Masseebene eine messbare Potenzialdifferenz besteht. Sie tun dies, indem Sie einen Pfad mit niedriger Impedanz zur Sternerdung bereitstellen - jeder Stift oder jedes Pad, das geerdet werden muss, geht zur Ebene, die ihm einen direkten Schuss zum Sternerdungspunkt bietet. Das Vorhandensein der Ebene hat den zusätzlichen Vorteil, dass unter jeder Signalspur ein Rückweg bereitgestellt wird, wodurch die Bildung von Stromschleifen vermieden wird, die als Antennen wirken können. In Fällen, in denen die Grundplatte gebrochen werden muss, Sie benötigen jedoch einen Rückweg, Sie würden eine alternative Route durch eine andere Ebene bereitstellen. Wenn Sie mehrere Ebenen mit Masse im selben Bereich haben (Hinweis: Diese müssen dieselbe Masse sein), können periodische Durchkontaktierungen dazu beitragen, die Impedanz leicht zu reduzieren.