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Forum: Platinen Frage zu Ground-/Power-Plane


Autor: Mille (Gast)
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Hallo,

mache ein PCB-Design mit geplanten 4-Layern und habe mich in
letzter Zeit einwenig in die Thematik mit Ground- und Power-Planes
eingelesen, jedoch sind noch ein paar Sachen unklar:
Grundsätzlich möchte ich einen Layer als Ground-Plane und einen Layer 
als
Power-Plane nutzen (4-Layer PCB).

- welchen Layer verwende ich für was damit ich eine möglichst gutes
EMV Verhalten erreiche, als störunempfindlich bin?

- zum Ground-Layer: ich habe neben dem eigentlichen GND noch einen 
analogen- und einen Power-Ground. Wie mache ich das Design des 
Ground-Layers? Mache ich dort, wo z.B. meine ganzen analogen Sachen sind 
am Ground-Plane eine eigene Fläche für den analogen Ground, den ich dann 
an einem Punkt mit dem eigentlichen GND verbinde? Oder route ich an 
einem Signal-Layer alle analogen-GND sternförmig und führe dann vom 
Sternmittelpunkt eine Leitung auf den GND-Layer?

- die selbe Frage eigentlich beim Power-Layer, da ich dort drei 
verschiedene Spannungen habe?

LG

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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Üblich:

1: Signal
2: GND
3: Power
4. Signal

Das mit der Trennung von AGND und DGND ist ein etwas heikles Thema, da 
liest man viel unterschiedliche Meinungen. Eine ungeschickte Trennung 
kann einem mehr schaden als nützen. Andererseits: Große Ströme (Spitzen) 
vom Digitalteil können einem in Analogteil ordentlich Ärger machen.

Das ist ein weites Feld, ganz ohne Nachdenken bzw. mit Autorouter geht 
es manchmal nicht.

Autor: Mille (Gast)
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Guten Morgen,

Wie kommt es eigentlich zu der Layer-Aufteilung?
Die beiden mittlere Layer (Power und Ground) haben ja eine kapazitive 
Wirkung, wie wirkt sich das auf die Signale aus? Kann man sich das 
ähnlich vorstellen wie Entstörkondensatoren, die gegen Masse hohe 
Frequenzen ableiten?

Gibt es eine empfohlene Signaleaufteilung zwischen oberen und unteren 
Signal-Layer (etwa analoge Signale und PWM-Signale zu trennen)?

lg

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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Dazu hab ich auch noch ne Frage...

macht es bei einem 4-Lagen Design Sinn, die beiden äußeren Flächen auch 
noch mit GND zu füllen?

Oder macht das keinen Unterschied weil die ja eh durch Signale/Bauteile 
zerstückelt sind?

Autor: Uwe (Gast)
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@ Mille (Gast):

> Die beiden mittlere Layer (Power und Ground) haben ja eine kapazitive
> Wirkung, ... Kann man sich das ähnlich vorstellen wie
> Entstörkondensatoren, die gegen Masse hohe Frequenzen ableiten?

Ja, so in der Art. Diese Plankapazitäten sind sehr induktionsarm und 
haben eine sehr geringe Impedanz. Diese beiden Eigenschaften sind für 
schnelle IC's als Abblockung ideal.
Allerdings muss man beachten, das diese Plankapazität erst bei geringem 
Abstand der Vcc und GND Lage wirksam wird. Richtwert hier sind etwa 
100µm Abstand, besser natürlich 50µm.

> ... wie wirkt sich das auf die Signale aus?

Naja, wenn die Stromversorgung stabil ist, kann es der Signalintegrität 
nur dienlich sein ...


@ docean:

> macht es bei einem 4-Lagen Design Sinn, die beiden äußeren Flächen auch
> noch mit GND zu füllen?

Das kann man pauschal so nicht beantworten und sorgt regelmässig für 
Diskussionen. Ich persönlich vermeide Aussenlagen zu fluten, ausser in 
Bereichen, die Kühlung benötigen (Spannungsregler).
Ausserdem werden Impedanzen, wenn vorhanden, damit vermurkst (Stichwort 
Coplanare Impedanz).

> Oder macht das keinen Unterschied weil die ja eh durch Signale/Bauteile
> zerstückelt sind?

Genau, das kommt erschwerent hinzu.

Gruss Uwe

Autor: Uwe (Gast)
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Nachtrag:

Plankapazität = Planekapazität

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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>Ausserdem werden Impedanzen, wenn vorhanden, damit vermurkst (Stichwort
>Coplanare Impedanz).

? Tut mir leid versteh kein Wort...

Autor: Uwe (Gast)
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Hallo docean,

Impedanzen = Wellenleiter (such mal in diesem Forum oder google nach 
diesem Begriff)

Grob gesagt geht es darum, dem Signal einen bestimmten Wellenwiderstand 
(hat nichts mit dem Ohmschen Widerstand zu tun) entgegenzusetzen, um 
negative Einflüsse auf die Signalintegrität zu minimieren, z.B. 
Signal-Reflexionen (das Signal wird an einer Stelle reflektiert, d.h. 
zurückgeworfen - quasie wie ein Echo)
Gängige Werte sind 50 Ohm, 75 Ohm und 100 Ohm. Es gibt Single Impedanzen
(einfache Leitung) oder Differentielle Impedanzen ( 2 Leitungen für ein 
Signal). Es gibt bedeutend mehr, das tut hier im Moment aber nichts zu 
Sache ...

Die Impedanz ergibt sich aus:
1. Abstand Signallage zu GND/ Vcc Lage (der Referenzlage)
2. Leiterbahnbreite
3. Wert des Dielektrikums (dem Isoliermaterial, bei FR4 etwa 4.5)
4. Kupferstärke (z.B. 35µm)
5. Dicke des Lötstoplacks

Besondere Fälle (z.B. Single Side Boards) benötigen zuweilen ebenfalls 
Impedanzen. Da hier der Referenzbezug zu einer Plane fehlt behilft man 
sich durch Coplanare Geometrien. Das heisst direkt neben einer 
Signalbahn verläuft links und rechts davon ein GND Leiterzug, dieser 
bildet die nötige Referenz.

Als Bastler hat man bisher nicht so viel damit zu tun. Bei weiter 
sinkenden Flankenzeiten (T rise/ T fall) der IC's könnte sich das in 
mehr oder wenig naher Zukunft ändern.

Gruss Uwe

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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aha ok das meinst du... mit wellenwiderstand kann ich was anfangen

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