Warum ist eine gebrochene Grundplatte nicht so effektiv wie eine ungebrochene?

Denken Sie an die Hochfrequenzströme, die über die Masseebene fließen.

Bei niedrigen Frequenzen folgt der Strom (buchstäblich) dem Weg des geringsten Widerstands. Eine Insel in der Grundebene ist in Bezug auf den Widerstand kein großes Problem. Auf beiden Seiten der Insel ist noch reichlich Kupfer vorhanden, so dass der Strom mit geringem Spannungsabfall um sie herum fließen kann.

Bei hohen Frequenzen sieht die Sache jedoch anders aus. Die Hochfrequenz-Rückströme in der Masseebene neigen dazu, dem gleichen Weg wie die Vorwärtsströme auf den anderen Schichten zu folgen. Dies ist eine nützliche Eigenschaft, da sie die gesamte Stromschleifenfläche minimiert und dadurch weniger strahlt und die Schleife auch weniger anfällig für einfallende Strahlung ist. Inseln in der Masseebene zwingen Ströme dazu, um sie herum zu fließen, was die Schleifenfläche von Hochfrequenzströmen erheblich vergrößern kann. Anders betrachtet, können Sie sich vorstellen, dass die Leiter auf der obersten Schicht eine Übertragungsleitung mit der Masseebene bilden. Inselunterbrechung dieser Übertragungsleitung, was die Impedanz erhöht, was den Spannungsabfall über der Erdungsebene erhöht.

Ein weiterer Effekt ist eine sogenannte "Schlitzantenne". Dies ist das Gegenteil eines Dipols, verhält sich aber zum Abstrahlen und Empfangen wie ein Dipol. Wenn Hochfrequenzstrom über die Länge einer leitfähigen Folie fließt und dann einen Schlitz in diese Folie senkrecht zum Stromfluss schneidet, haben Sie eine Schlitzantenne. Dies ist ein Grund dafür, dass Luftstromlöcher in Metallgehäusen normalerweise eine Ansammlung von Löchern sind, keine Schlitze oder einzelne große Öffnungen.

Auf einer zweilagigen Platine müssen Sie normalerweise einige der Signale auf die unterste Ebene leiten. Aber Sie möchten die untere Schicht so weit wie möglich als Grundebene belassen. Aus der obigen Analyse können Sie ersehen, dass mehr kleine Inseln besser sind als wenige große. Die Metrik, die Sie anstreben möchten, besteht darin, die maximale Größe einer Insel zu minimieren.

Ich benutze Eagle und seinen Autorouter oft für solche Dinge. In den ersten paar Routing-Durchläufen setze ich die Kosten nur um eine Routing-Lösung zu finden. In späteren Durchgängen gehe ich davon aus, dass eine Lösung gefunden wurde, die nun optimiert werden muss, um die Grundebene so wenig wie möglich zu beschädigen. Um dies zu erreichen, stelle ich die Kosten für die Masseebene hoch und die Via-Kosten niedriger ein. Das führt zu mehr kurzen "Jumpern" in der Masseebene anstelle von langen Spuren. Leider neigt Eagle immer noch dazu, diese Jumper zusammenzuklumpen, selbst wenn der Umarmungsparameter auf 0 gesetzt ist. Nach der endgültigen automatischen Route säubere ich die Grundebene manuell ein wenig. Dies ändert normalerweise nicht die Topologie, sondern trennt hauptsächlich einzelne Jumper voneinander, sodass Kupfer zwischen ihnen fließt.

Hier ist die Zeichnung der unteren Ebene einer solchen Platine:

Dies zeigt die unterste Ebene unseres USBProg PIC Programmers . Eine Schaltung dieser Komplexität kann nicht auf einer einzelnen Ebene geroutet werden, aber beachten Sie, dass es in der unteren Ebene viele einzelne kleine Inseln anstelle langer Spuren oder großer Ansammlungen von Jumpern gibt. Größtenteils können die hochfrequenten Rückströme noch fließen, ohne dass sie zu stark von ihren idealen Pfaden abweichen.