Yer düzlemi kesikleri ne zaman kullanılır?

Uygun topraklama teknikleri hakkında daha fazla şey okudum ve yer düzlemlerini kullanıyorum.

Okuduğum kadarıyla, yer düzlemleri bitişik katmanlarla büyük bir kapasitans sağlar, daha hızlı ısı dağılımı ve yer indüktansını azaltır.

Özellikle ilgi duyduğum alanlardan biri yaratılmış başıboş / parazitik kapasitans. Anladığım kadarıyla, bu güç izleri için faydalıdır ancak potansiyel olarak sinyal hatlarına zararlıdır.

Sağlam zemin uçaklarının nereye yerleştirileceği hakkında birkaç öneri okudum ve bunların izlenecek iyi tavsiyeler olup olmadığını ve bu önerilere istisna teşkil eden şeyleri merak ediyordum:

1. Zemin düzlemini güç izleri / düzlemlerin altında tutun.
2. Toprak düzlemini sinyal hatlarından, özellikle yüksek hızlı hatlardan veya başıboş kapasitansa duyarlı herhangi bir hattan çıkarın.
3. Uygun şekilde topraklama koruma halkaları kullanın: Düşük empedanslı halka ile yüksek empedanslı hatları çevreleyin.
4. IC'ler / alt sistemler için yerel toprak düzlemlerini kullanın (aynı güç hatları için de geçerlidir), ardından tüm toprakları küresel toprak düzlemine 1 noktada, tercihen yerel topraklama ve yerel güç hatlarının buluştuğu yere yakın bir yere bağlayın.
5. Zemin düzlemini mümkün olduğu kadar homojen / katı tutmaya çalışın.

Bir PCB'nin toprak / gücünü tasarlarken göz önünde bulundurmam gereken başka öneriler var mı? Önce güç / toprak düzenini tasarlamak, önce sinyal düzenlerini tasarlamak mı yoksa bunlar birlikte mi yapılır?

Ayrıca 4. ve yerel uçaklarla ilgili birkaç sorum var:

1. Yerel yer düzlemlerini küresel yer düzlemine bağlamayı, vize kullanmayı içerebilir. Birden fazla küçük viyalin (kabaca aynı konumda) kullanıldığı önerileri gördüm. Bu tek bir büyük üzerinden tavsiye edilir mi?
2. Küresel toprak / güç uçaklarını yerel uçakların altında mı tutmalıyım?

2) Yüksek hızlı sinyallerin yakınında herhangi bir yerde toprak kesmeye ÇALIŞMAYI şiddetle tavsiye ederim. Kaçak kapasitansın dijital elektronik üzerinde gerçekten çok fazla bir etkisi yoktur. Genellikle başıboş kapasitans, bir op amp girişinde parazitik bir filtre oluşturmak için harekete geçtiğinde sizi öldürür.

Aslında, yüksek hızlı sinyallerinizi doğrudan kırılmamış bir zemin düzleminin tepesinde çalıştırmanız şiddetle tavsiye edilir ; Buna " mikro şerit " denir . Bunun nedeni, yüksek frekans akımının en az endüktans yolunu izlemesidir. Bir toprak düzlemiyle bu yol, sinyal izinin ayna görüntüsü olacaktır. Bu, sırayla yayılan EMI'yi en aza indirgeyen döngünün boyutunu en aza indirir.

Howard Johnson'ın web sitesinde bunun çarpıcı bir örneği görülebilir. En az endüktans yolunu izleyen yüksek frekanslı akım örneği için şekil 8 ve 9'a bakın . (Bilmiyorsanız, Dr. Johnson, çok övünen "Yüksek Hızlı Dijital Tasarım: Kara Büyü El Kitabı" nın yazarı olan sinyal bütünlüğü konusunda bir otoritedir.)

Bu yüksek hızlı dijital sinyallerden birinin altındaki yer düzlemindeki herhangi bir kesilmenin, döngünün boyutunu artıracağı unutulmamalıdır, çünkü geri dönüş akımı, kesilmenizin etrafında bir yol almalıdır, bu da emisyonların artmasına neden olur. Tüm dijital sinyallerinizin altında tamamen kırılmamış bir uçak istiyorsunuz. Ayrıca, güç düzleminin aynı zamanda yer düzlemi gibi bir referans düzlem olduğunu ve yüksek frekanslı bir perspektiften bu iki düzlemin bypass kapasitörleriyle bağlandığını not etmek önemlidir, böylece yüksek frekanslı bir dönüş akımını "sıçrama" olarak düşünebilirsiniz. kapakların yakınındaki uçaklar.

3) Eğer iyi bir zemin uçağınız varsa, koruma izi kullanmak için hiçbir neden yoktur. Bunun istisnası daha önce bahsettiğim op amp olurdu, çünkü altındaki yer düzlemini kesmiş olabilirsiniz. Fakat bir bekçi izinin parazitik kapasitansı hakkında hala endişelenmen gerekiyor. Johnson bir kez daha güzel resimlerle yardımcı olmak için burada .

4.1) Çok sayıda küçük viyasanın paralel boşlukta olduklarından daha iyi indüktans özelliklerinin olacağına inanıyorum, çünkü yaklaşık olarak aynı miktarda alan kaplayarak büyük bir boyuta paralel. Maalesef okuduğum şeyi hatırlamıyorum, buna inanmamı sağladı. Bunun nedeni, bir yolun indüktansının yarıçap ile doğrusal olarak ters orantılı olmasıdır, ancak yolun alanı kuadrik olarak doğrudan yarıçapla orantılıdır. (kaynak: Dr. Johnson tekrar ) 2x yarıçapı daha büyük hale getirin ve endüktansın yarısına sahiptir ancak 4x kadar alan kaplar.

Yerel yer düzlemlerini küresel yer düzlemine bağlamak söz konusu olduğunda, mevcut dağılmaya yardımcı olacağı için çok sayıda küçük viyal kullanmak daha iyidir ve daha iyi bir ısı dağılımı sağlamanın yanı sıra PCB'nin başarısızlık oranı da en aza indirilir.

Çok katmanlı pcb tasarımlarını izliyormuşsunuz gibi küresel toprak / güç uçaklarını yerel uçakların altında tutmanın zararı yok.

Yüksek frekansı gevşek bir şekilde tanımlamamaya dikkat edin.

Mikro şerit veya şerit çizgisi teknikleri gerektiren iletim çizgisi efektleri, çizginin uzunluğunun, sinyalin en yüksek endişe frekansının (Ulaby) 1 / 100'ü veya daha büyük olduğu durumlarda dikkate değerdir. Yani, bu mikrodalga tasarımları için yararlıdır. Örneğin, havadaki 1 GHz'lik bir dalga formu 30 cm uzunluğa sahiptir, ancak FR-4'te yaklaşık yarısı vardır (epsilon r'nin karesi, FR-4 için nispi geçirgenlik, kompozisyona bağlı olarak yaklaşık 4'tür). Bu nedenle, birkaç santimetre uzunluğundaki bir iz kesinlikle 1 GHz için endişe verici olacaktır.

10MHz için iletim hattı etkileri neredeyse hiç farkedilmez. 10MHz'in beşinci harmoniği 50MHz'dir ve FR-4'te yaklaşık 150x10 ^ 6 m / s / 50x10 ^ 6 = 3 metre olacaktır. Böylece, 30 cm uzunluğunda bir otobüste biri faz bozulmasının başlangıcını yaşayabilir.

Asıl mesele gürültü. Bir yer düzlemi üzerinde yeterli genişlikte bir iz bırakarak, sinyalin enerjisi, iz ile yer düzlemi (Poynting) arasında substrat boyunca yayılır. Ve diğer kaynaklardan gelen EMI içeri giremiyor.

Mikro şerit çizgileri, iz genişliği ve alt tabaka kalınlığı ve malzemesi ile belirlenen karakteristik empedansa sahiptir; tiner izleri daha yüksek karakteristik empedansa sahiptir. Serbest havanın empedansı 377 ohm'dur. Bir izdeki Zo bu rakama yaklaştıkça yayılmaya başlar. Yer düzlemiyle bile. Aynı şekilde, alt tabakanın kalınlaştırılması da aynı etkiye sahiptir. Yüksek frekansta çalışırken, empedans anahtar ... sonlandırma, eşleştirme ... yeterince uzun bir veriyolunun doğru şekilde sonlandırılmadığı takdirde ölçülebilir yansımaları olacağını unutmayın.

Ancak, yoğun tasarımlarla ince izlere ihtiyaç duyulmaktadır. Yani bir şeyden ödün verin.

Mikro şerit hattı empedansının bir yer düzlemi yuvası tarafından değişmeden kalması için , yarık en az iki mikro şerit genişliği uzağında (mikro şerit yeryüzüne dikey olarak yansıtılmışsa) yerleştirilmelidir.

Aşağıda micrsotrip içindeki elektrik alanın dağılımını ve toprak düzlemindeki akım yoğunluğunu gösteren bir 3D alan çözücüsünden birkaç resim verilmiştir. Sonuç , micrsotrip'ten iki geniş uzaklıkta neredeyse hiç alan veya akım yoktur. Böylece yer düzleminde kırılmalara izin verilir.

Şekil 1: Şerit çizgisine dik elektrik alan kesiti. 2B görünümü. Şekil 2: Şerit çizgisine dik elektrik alan kesiti. 3B görünüm Şekil 3: Zemin düzlemindeki akım yoğunluğu. 2B görünüm Şekil 4: Zemin düzlemindeki akım yoğunluğu. 3B görünüm