Warum eine lokalisierte Grundplatte verwenden?

Es ist bekannt, dass der Rückstrom beginnt, den Leitern zu folgen, wenn die Frequenz zunimmt: RückstromSolange man also den Abstand zwischen den Leitern groß genug hält, sollte es keine Notwendigkeit für lokale Erdungsebenen geben.

Warum dann einige Leute die Verwendung einer lokalisierten Masseebene vorschlagen, wie die Antwort auf diese Frage: https://electronics.stackexchange.com/a/15143/4512 Es wird vorgeschlagen, dass die Masseebene als Patch-Antenne funktioniert.

Der Strom auf der Masseebene folgt jedoch eng dem Leiter, was zu einer kleinen Schleifenfläche führt. Und das erzeugte Magnetfeld ist durch das Faradaysche Gesetz gegeben:

∮ ∂ A E ⋅ D R = − ∂ ∂ T ∬ A B ⋅ D S

Durch die Verwendung einer kleineren lokalisierten Masseebene wird die erzeugte EM-Strahlung dieselbe sein, da die Schleife dieselbe sein wird. Außerdem kann die lokalisierte Ebene eine Ebenenresonanz einführen, und man muss vermeiden, sie mit Hochfrequenzsignalen zu kreuzen.

Was sind also die Vorteile der Verwendung einer lokalisierten Masseebene?

Antworten (1)

Es geht nicht nur um den Schleifenbereich. Eine kleine Schleifenfläche ist wichtig, um Strahlung und Anfälligkeit zu reduzieren, aber ich gehe davon aus, dass Sie möchten, dass Ihre Schaltung mehr tut, als nichts abzustrahlen.

Ströme über eine Masseebene verursachen Offset-Spannungen. Das ist schlecht, da eine andere Aufgabe einer Masseebene darin besteht, allen Teilen der Schaltung eine gemeinsame Referenzspannung bereitzustellen. In einer rein digitalen Schaltung können Sie möglicherweise einige 100 mV Offset tolerieren. Wenn die Schaltung analoge Komponenten enthält, könnte ein viel kleinerer Offset schlecht sein.

Ein weiteres Problem bei Offsets besteht darin, dass sie die Grundebene zum Mitschwingen anregen können. Ein Mikrocontroller in der Mitte einer Platine, bei dem ein Teil seiner Strom-/Masseschleife über die Masseebene verläuft, kann das Ganze in eine mittengespeiste Patchantenne verwandeln. Die Stromschleife mag klein sein, verursacht jedoch Spannungsoffsets an beiden Enden, die aufgrund von Resonanz noch höhere Spannungen an den Rändern verursachen können.

Je mehr Sie eine Grundplatte verwenden, desto weniger gut wird sie als Grundplatte. Irgendwo müssen Sie einen Kompromiss eingehen, der unter Berücksichtigung aller konkurrierenden Anforderungen zu den besten Gesamteigenschaften führt.

Aber es ist nicht die Standardlösung, es durch FEM, zB ANSYS, zu führen und genügend Kondensatoren zu platzieren, um dies zu verhindern. Ich denke, Sie können entweder die Ebene teilen oder Kondensatoren zusammenfügen. Meiner Erfahrung nach können die kleineren Flugzeuge tatsächlich bei mehr Frequenzen in Ihrem Interessenbereich mitschwingen, und sie sind tendenziell schwerer zu unterdrücken. Das liegt daran, dass es im Gegensatz zum Rechteck der einzelnen Ebene einfach mehr Dimensionen gibt. Wann entscheiden Sie sich also für Split Plane anstelle von FEM, vorausgesetzt, Sie haben Zugriff auf die Tools?
@ user110971: Die Standardsituation besteht normalerweise darin, dass jemand mit Erfahrung ein ordnungsgemäßes Design erstellt und dann EMI- oder andere erforderliche Tests besteht. Selten werden solche Analysen mit FEMs als Standardschritt in der Entwicklung durchgeführt, zumindest nicht bei niedrigen Frequenzen.
@user: Vielleicht sprechen wir über verschiedene Frequenzbereiche. Wenn Sie zum Beispiel absichtlich hochfrequente HF-Sachen machen, müssen Sie möglicherweise auf dieser Ebene analysieren. Ansonsten, nein, die Standardlösung besteht darin, bewährte Praktiken und vielleicht einige Emissionstests anzuwenden. Ich spreche von Mikrocontrollern mit den typischen analogen und digitalen Schaltungen um sie herum. Kleinere Flugzeuge schwingen bei höheren Frequenzen mit, wo überhaupt weniger Leistung vorhanden ist. Dann gibt es sowieso noch die Hauptmasseebene. Ich habe dies erfolgreich getan, wie die HF-Emissionsprüfung gezeigt hat.
@OlinLathrop Ja, ich dachte an mehr FPGAs mit möglicherweise einigen Hochgeschwindigkeits-SERDES, z. B. USB, PCIe usw. Ich hätte in meiner ursprünglichen Frage präziser sein sollen.
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