Umgang mit Splits in meiner Grundebene

Immer wenn ich eine billige zweiseitige Leiterplatte herstelle, stoße ich auf dieses Problem:

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Wo ich Signalleitungen (auf der obersten Ebene hier) habe, die über einer großen, fetten Stromspur (auf der unteren Ebene) verlaufen.

Das ist natürlich schrecklich, weil es auf der Unterseite keinen guten Rückweg gibt. Für solche Fragestellungen hat Hott Consultants eine gute Empfehlung:

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Ich frage mich jedoch, ob eine Lösung wie die folgende auch akzeptabel ist.

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Meine Intuition sagt mir ja , diese Lösung ist ok. Über den Bruch in der Masseebene springt der Strom über die Vias und dann zurück zur unteren Ebene. Etwas hinter der Hüllkurvenmathematik sagt mir, dass dies einen trivialen Betrag zur Loop-Fläche und daher einen trivialen Betrag zur Rückimpedanz hinzufügt.

Kann mir jemand sagen...

  1. Wie richtig / falsch ist meine Intuition hier bezüglich der Verwendung von Vias?
  2. Wenn meine Intuition falsch ist, warum?
  3. Wenn meine Intuition falsch ist, was ist die richtige Lösung in einer solchen Situation (2 Schichten, mit Stromspuren unter Signal)?

Für die Aufzeichnung sind diese speziellen Signalleitungen nicht besonders schnell (500 kHz), aber ich würde gerne wissen, wie ich mit dieser Situation umgehen soll, wenn ich Signale im Bereich von 5 bis 10 MHz habe.

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Unten ist ein Screenshot von etwa 60% des Boards. Vielleicht hilft es bei der Kritik

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Wenn Sie eine Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte herstellen, ist es besser, mehr Schichten zu verwenden, um das Schneiden von Masseebenen zu vermeiden. Durchkontaktierungen erhöhen nicht nur die Schleifengröße, Durchkontaktierungen selbst sind unangenehme Gefährten mit beträchtlicher Impedanz, sodass jede hinzugefügte Durchkontaktierung die Impedanz Ihrer Masseebene höher und höher macht. Die Frage lässt sich nicht bei jedem Vorkommen einfach beantworten, für hohe Geschwindigkeiten sind Sie besser dran, diese Fragen mit Hochgeschwindigkeits-Designsimulationswerkzeugen zu lösen.
@ClaudioAviChami Die maximale Geschwindigkeit, an der ich wirklich interessiert bin, beträgt 5 - 10 MHz. Wenn ich ein echtes Hochgeschwindigkeitsboard bauen würde, würde ich den vernünftigen Weg gehen und nur 4 oder 6 Schichten machen. Können Sie näher erläutern, wie "Durchkontaktierungen selbst" die Impedanz meiner Ebene erhöhen? Ich fürchte, ich verstehe nicht. Sie sind nur etwa 1,5 mm lang, also würden nur ein paar meiner Schleifenlänge nicht zu viel antun, oder?
Ich musste einmal ein wirklich schlimmes EMV-Problem auf einer Platine lösen, weil der vorherige Designer das gemacht hat, was Sie verlangen, nämlich einen hässlichen Schnitt auf der Grundebene. Ich kann dir nicht sagen "es wird alles gut", weil ich es einfach nicht weiß.
Ahh danke für die Perspektive! Ich höre wirklich gerne von Dingen, die im wirklichen Leben schlecht laufen. Wie schnell waren die Signale, mit denen Sie es zu tun hatten? Außerdem - Wie haben Sie dieses Problem behoben, wenn es sich um eine 2-Lagen-Platine handelte?
Es war ein Prozessor, der mit 80 MHz lief. Ich kann Ihnen nicht genau sagen, wer die beleidigenden Signale waren. Das Board funktionierte OK, aber es scheiterte kläglich bei RFI-Tests. Bedenken Sie auch, dass es bei hoher Geschwindigkeit nicht nur um die schnellsten Takte geht, sondern auch um Anstiegs- und Abfallzeiten. Die Platte hatte 6 Schichten
Bei 5-10MHz sagt meine Intuition, dass es kein Problem wäre, aber eine bessere Antwort wäre möglich, wenn man nur die gesamte Leiterplatte sieht, und das ist hier keine große Option.
Sie können Probleme mit diesen langen, dünnen Flutfüllungsbereichen bekommen, die mit einer Signaloberwelle in Resonanz treten. Nageln Sie alle freien Enden mit einer Verbindung zum nächsten Boden. Mit anderen Worten, stellen Sie die Grundrissigkeit dieser Bereiche wieder her.
Meine einzige Sorge bezüglich der Spur, die Sie gezeigt haben, ist ihre Entfernung von der Grundebene. Eine parallel verlaufende Spur fügt eine Menge parasitärer Kapazität hinzu. Legen Sie mehr Platz zwischen Spur und Ebene, noch mehr, wenn es sich um eine Spur mit viel Strom handelt und es Ihnen gut gehen sollte. 5-10 MHz ist keine hohe Geschwindigkeit. Tatsächlich stimme ich Neil_UK zu, es sollte einfacher sein, die Masseebene auf der Oberseite loszuwerden und nur eine Masseebene auf der Unterseite zu haben.

Antworten (1)

Da Sie mit 5 bis 10 MHz arbeiten, was hoch genug ist, um durch das Zerschneiden von Masseebenen in Schwierigkeiten zu geraten, und niedrig genug, um mit Vias zu retten, ja, Sie können die Masseebene wie gezeigt auf der anderen Ebene wieder zusammenfügen . Bei 5 bis 10 MHz werden Sie nicht in der Lage sein, den Unterschied zwischen einer vollständigen Grundebene und einer quer genähten Ebene zu erkennen, wie Sie es zeigen.

Dies ist in Ordnung, wenn es ein- oder zweimal vorkommt. Aber wenn Sie feststellen, dass Sie Ihren Boden zu einem Spitzenvorhang reduziert haben, dann halten Sie an und gehen Sie zurück. Schauen wir uns die Kosten-Nutzen-Analyse der Verwendung einer Grundebene an.

Vorteil: Sie müssen nicht viel nachdenken, zumindest nicht daran denken, für alle Signale einen Rückweg mit kleiner Loop-Fläche vorzusehen, alles geschieht automatisch.

Kosten: Sie verlieren eine ganze Ebene, die Sie verfolgen könnten.

Die Kosten sind so hoch, insbesondere bei einem 2-Loch-Board, dass die meisten Leute, wie das OP, am Ende die Grundebene zerschneiden. Dies behält die Kosten für den Verlust fast des gesamten Bereichs für die Verfolgung bei, verliert jedoch den Vorteil einer guten Erdung. Das ist eine Lose-Lose-Situation.

Was ich allen meinen Ingenieuren rate, und bei 5 bis 10 MHz ist dies immer noch absolut praktikabel, ist, wenn Sie Ihre Grundebene überhaupt schneiden , dann eliminieren Sie sie vollständig.

Nehmen Sie stattdessen das „Manhattan-System“ mit Gitternetzen an. Oben, führen Sie alle Ihre Gleise von Ost nach West, Strom, Erde, Signal. Bottomside, laufen Sie alle Ihre Tracks von Nord nach Süd. Wenn Sie die Richtung ändern möchten, verwenden Sie ein Via. Erliegen Sie zumindest am Anfang nicht der Versuchung, Tracks auf der „falschen“ Ebene zu laufen. Auf diese Weise bleiben alle möglichen Verbindungen routingfähig, es muss nie etwas auf derselben Ebene gekreuzt werden. Am Ende vielleicht.

Legen Sie zunächst eine ausreichende Anzahl von Bodenspuren an. Legen Sie Spuren alle cm oder so oben und unten und verbinden Sie sie mit Durchkontaktierungen an jeder Kreuzung. Führen Sie als nächstes die Stromschienen aus. Führen Sie dann die Signale aus. Überfluten Sie dann schließlich alle an einen Boden angrenzenden Bereiche mit einer Bodenfüllung, überfluten Sie isolierte Bereiche nicht.

Mit einer gitterförmigen Erdung erreichen Sie keine Übertragungsleitung mit Erdung für alle Signale, Rückströme können einen Weg durch das Gitter wählen, um in der Nähe ihres Signals zu bleiben. Bei 5 bis 10 MHz ist dies normalerweise gut genug und weitaus besser als geschnittene Masseflächen. Wenn Sie ein oder zwei lebenswichtige Signale haben, die eine Übertragungsleitung erfordern, dann fügen Sie auf jeden Fall als letzten Schritt dedizierte Erdungen für diese Signale hinzu.

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