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Forum: Platinen GND-Fäche sinnvoll???


Autor: Karl (Gast)
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Hallo Zusammen!

Ist es korrekt, dass die freien Flächen einer zweiseitigen Platine
jeweils mit GND gefüllt werden sollten?

Ich hoffe diese Frage ist nicht zu Dumm, einfach, ... und ich bekomme
keine auf die Mütze. Aber die Thematik ist Neuland für mich.

Karl

Autor: Karl (Gast)
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Ich meine Natürlich "Fläche" im Betreff...

Autor: Wiesi (Gast)
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Wie stark sich das EMV-mäßig auswirkt (positiv ist sicher) wenn
man GND-Flächen macht weiß ich nicht genau.

2-seitige mach ich selten. Man sieht´s aber oft, dass nur auf einer
Seite die Flächen ausgefüllt sind.
(Weiß da jemand was genaueres?)

Sicher ist aber: Wenn man selber ätzt, dann reduziert sich der
Ätzmittelverbrauch.

   Wiesi

Autor: Karl (Gast)
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Genau in diese Richtung geht meine Frage. Ich sehe es oft, dass nur die
Unterseite mit GND gefüllt wird. Ich denke auch, dass ich die EMV
dadurch positiv beeinflusse. Nur wie Du schon schreibst wäre das
Statement der Fachleute nicht schlecht.

Weiß hierzu jemand mehr?

Autor: Jens (Gast)
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Vorsicht, wenn du die Belichtungsvorlagen mit Tintenstrahldrucker
srstellst: gibt dann beim Ausdrucken einen schönen See. Massefläche ist
EMV-technisch schon sinnvoll, besser allerdings ist Karomuster, also
nicht durchgängig Kupfer. Allerdings bringt es nichts, wenn man auf die
Massefläche sowohl analoge als auch digitale Masse legt.

Autor: Karl (Gast)
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Heißt das ich soll Karomuster verwenden und das auch noch in zwei
getrennten Teilen anordenen? Jeweils für den Digital- und Analogteil?

Autor: ope (Gast)
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Nachdem was ich gelesen habe, gehen da die Meinungen auseinander, wegen
karo oder massiv - angeblich hatte man früher solche hatch (karo)
Flächen, erinnere mich aber nicht mehr warum - bin aber auch zuweit von
der PCB Prod. entfernt. (Macht der geier/egale hatch copper mit?)

Prinzipiell sollte man analog und digital Masse trennen - bei einer
gemeinsamen Ground Fläche kann man diese angeblich aufgrund der
geringen Impedanz jedoch auch zusammenführen können. In einigen
Appnotes werden zumindest getrennte Masseflächen/-layer für
analog/digital verwendet, sprich die Masse wird segmentiert - teilweise
auch getrennt nach high/low speed digital domains.

Jetzt verwirrt? Ich auch ;-)

Viele Grüße
Olaf

PS: EMV ist eine schwere Sache, gerade bei PCB; selten unterscheiden
sich Theorie und Praxis so großartig voneinander :)

Autor: Stephan (Gast)
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Schön, dass ich auch mal wieder einen klärenden Beitrag zu diesem Forum
leisten kann... :-)

Der Grund für diese "Hatch-Areas" ist ein ganz anderer. Früher hatte
der Lötstoplack nicht so gute Hafteigenschaften auf Kupfer. Darum hat
man dafür gesorgt, dass nach einer bestimmten Strecke Kupfers der
Lötstoplack wieder artverwandtes Material sieht, mit denselben
Eigenschaften - die Leiterplatte selber, aus FR-4. In den IPC-Normen
ist angegeben, dass bei Kupferflächen breiter als 5mm die Kupferfläche
per Hatching erzeugt werden soll. Die Stegbreite soll bei mindestens
0,3mm liegen.

In der Industrie wird mit oder ohne Hatching gearbeitet; ich persönlich
erstelle auch große Flächen ohne Hatching, und es gab keinerlei
Probleme. Wenn der Hersteller gutes Material verwendet, sollten auch
keine Probleme ("Orangenhaut", der Lötstop wellt sich von der
Kupferfläche ab) zu erwarten sein. Zudem die meisten Hersteller die
Kupfer-Oberfläche chemisch aufrauen.

Stephan.

Autor: miC (Gast)
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und wenn mans machen will mit Eagle z.B. dann bleiben einem
nur Zeitintensive Füllmethoden, oder hab ich da eine Funktion
übersehen?

Bzw ein ULP (User-Language-Program)

Autor: EZ81__ (Gast)
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Ich weiß nicht, was du mit Eagle machen willst, aber beim
Polygonzeichnen kannst Du oben Hatch auswählen (das karierte Symbol).

Autor: miC (Gast)
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ich bin am probieren, wie ich die restliche Fläche der Platine mit GND
füllen kann, sodass ein Abstand zu den einzelnen Leiterbahnen bleibt.

Ist eigentlich nur Zwecks sparen an Ätzmittel

Autor: Marius Schmidt (Gast)
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Du musst ein polygon zeichnen und das dann in GND umbennen.

Ich hab bei meiner Platine auf der Unterseite eine Massefläche angelegt
und auf der Oberseite eine VCC fläche (+3V3), kann man das so machen
oder führt sowas zu problemen? ich war einfach nur zu faul die traces
zu legen :)
Kann es sein das sowas zu probleme bezüglich der Entstörung von ICs
führt? Ich hab auf meiner Platine 3 entstör-kondensatoren, 2 für einen
Atmega (100nF+10uF tantal) und einen für einen spannungswandler (100uF
elko).

Autor: miC (Gast)
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okay, ich probiers ma.

man, was würde ich jetzt für einen modifizierten fülleimer a la paint
tun ;)

Autor: Karl (Gast)
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Kann jemand noch ein Statement zu Marius Schmidt´s beitrag geben ->

Sinngemäß und mit meiner Frage verbunden:
"Macht es ein Problem, oder ist es sogar eine sehr gute Lösung, wenn
die Unterseite mit GND und die Oberseite mit Vcc gefüllt wird?????"

Autor: miC (Gast)
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prinzipiell wirkt das eigentlich wie ein großer Kondensator.
wenn die schaltung rein digital ist, ist es sicher sinnvoll denk ich.

Autor: Karl (Gast)
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Und was ist, wenn die Schaltung nicht rein Digital ist. Ich denke in
vielen Anwendungen kommt auch der ADC zum Zug. Was mache ich in so
einem Fall. Es kann doch nicht so schwierig sein hier eine Antwort von
einem Fachman zu bekommen.

Autor: Jens (Gast)
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In so einem Fall nimmt man zwei verschiedene Masseflächen, eine mit GND
(Digitalteil) und eine mit AGND (Analogteil). Beide Flächen werden dann
an einer einzigen Stelle miteinander verbunden.

Also die Oberseite mit VCC sieht man selten. Wenn es VCC-Layer gibt,
dann handelt es sich meißtens um Multilayer-Platinen, die haben einen
internen GND-Layer und einen VCC-Layer. Sowas macht aber nur bei
Schaltungen mit höheren Frequenzen Sinn.

Autor: Stephan (Gast)
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Für ein ein- oder zweilagiges Board nimmt man standardmässig beide
Seiten mit GND geflutet; und die Versorgungsspannungen mit 0,5mm-Bahnen
an die Pads führen.

Stephan.

Autor: Karl (Gast)
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@ Stephan
Na das ist doch mal eine konkrete Antwort. Besten Dank!

Autor: Thomas (Gast)
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Eine Anmerkung noch zu Kupferflächen: Soll eine Platine maschinell
gelötet werden ist das einseitige Aufbringen einer großflächigen
Kupferfläche mit mehr oder weniger "krummen" Platinen nach dem Löten
verbunden. Dieses Problem wird sich sicherlich bei der "RoHS" Löterei
noch verstärken. "Karomuster" + beidseitige Flächen mindern das
Prblem.

Gruß Thomas

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo zusammen,

das ist zwar mein erster Beitrag in diesem Forum, aber vielleicht kann
ich etwas Klarheit in die Masse- und damit verbundene EMV-Problematik
bringen.
Also prinzipiell ist die goldene Regel bei einem EMV-konformen Design
folgende: Hin- und zurückfließender Strom sollten den gleichen Weg
nehmen! Heißt im Klartext, dass die Versorgungsleitung für einen
Baustein dicht bei der ableitenden Masseleitung liegen sollte!
Aber Warunm?
Ganz einfach: Jeder stomdurchflossener Leiter erzeugt wie auch jede
Leiterbahn ein magnetisches Feld um den Leiter herum. Handelt es sich
um Wechselstrom, so wird dieses magnetische Feld ebenfalls wechseln und
eine elektrische Komponente senkrecht auf der magnetischen Komponente
erzeugen. Diese beiden Komponenten schwingen gegenphasig (Beim Abbau
des Magnetischen Feldes entsteht ein elektrisches Feld, dass wiederrum
beim zusammenfall ein magnetisches Feld erzeugt usw.). Solche
elektromagnetischen Wellen breiten sich aus und führen zu
EMV-Störungen!
Die Beste Lösung ist, diese Felder durch ein Gegenfeld zu kompensieren.
Dies kann durch den Rückleiter geschehen, der das Feld des Hinleiters
kompensiert (gleicher Strom und entgegengesetzte Richtung). Dies
funktioniert allerdings nur, wenn die beiden Leiter dicht beisammen
sind!

Jetzt zu den Masseflächen:

Tatsächlich kann man zeigen, dass der zurückfließende Stom in einer
Massefläche versucht den Weg zurück zu mehmen, der am dichtesten bei
dem hinführenden liegt. somit wird durch eine Massefläche alle
rückführenden Ströme ermöglicht. EMV technisch ist das sozusagen das
optimum! Allerdings solltet ihr sicherstellen, dass der Masselayer
nicht gerade auf einem seiner Wege blockiert ist.

Warum Analog- und Digitalmasse in einem Mixed Signal Design getrennt
werden sollte, hat einen anderen Hintergrund.
Wenn Interesse besteht (auf Anfrage), kann ich dazu auch ein paar Worte
verlieren.

Viele Grüße

Tommi

Autor: TePe (Gast)
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@Thomas....

gern würde ich auf dein Angebot zurückkommen und dich bitten ein paar
Worte über getrennte Analog- und Digitalmasse in einem Mixed Signal
Design loszuwerden.

Ich arbeite zur Zeit an einem Schaltplan und muss dementspr. die
untersch. Massen berücksichtigen. Leider habe ich da sehr wenig Ahnung
davon. Es wäre also nett, wenn du darüber ein paar Worte verlieren
könntest.

Kennst du einige Links oder Literatur über die Thematik ?

Gruß

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,

also dass mit den getrennten Massen hat folgenden Hintergrund:

Grundlagen:
Also prinzipiell ist jede Leiterbahn, mit einem sogenannten
Induktionsbelag, einem Kapazitätsbelag und einem Leitungswiederstand
versehen. Das heißt, dass an jeder Leitung durch die ein Strom fließt
auch eine Spannung abfällt, die nochdazu abhängig von der Frequenz des
Stromflusses ist (Kapazität und Induktivität). Eine normale Leitung
kannst Du Dir also als einen Widerstand in Reihe mit einer Spule und
viele Kondensatoren zu den umliegenden Leitungen vorstellen.

Jetzt wirds konkret:
Auch eine Massefläche ist nichts weiter als eine dicke Leiterbahn und
hat mit den selben Problemen zu kämpfen. Obwohl diese "Leiterbahn"
sehr dick (großflächig) ist, gibt es je nach Strom mehr oder weniger
kleine Potentialdifferenzen auf dem Masselayer. Mit anderen Worten ist
Deine Masse keine ideale Masse (überall 0V) sondern eine Fläche mit
unterschiedlichem Potential abhängig von Strom und Ort. Dies wirkt sich
besonders bei digitalen Schaltungen aus, da der Stromverbrauch hier sehr
steilen Flanken unterworfen ist, die unweigerlich zu einem Einbruch der
Spannung beim Verbraucher führen. Dabei wird aber nicht nur die
Versorgungsspannung nach unten, sondern auch die Massefläche in
unmittelbarer Umgegend nach oben gezogen.
Um diesen Effekt etwas abzufangen, werden sogenannte Blockkondensatoren
eingesetz, die sich möglichst nah am Verbraucher befinden sollten!
Da diese Blockkondensatoren aber auch nicht unendlich Kapazität und vor
allem keinen beliebig kleinen Innenwiederstand haben, kann dieser Effekt
nicht vollständig eliminiert werden.
Fazit: Im Umfeld von Digitalen Bauteilen haben wir einen verrauschten
Masselayer.
Für rein digitale Schaltungen stellt dies in der Regel kein Problem
dar. Anders ist es bei analogen Schaltungen!
Analoge Schaltungen reagieren zum Teil sehr empfindlich auf
Schwankungen der Versorgungsspannung. Um dies zu vermeiden, hält man am
besten die beiden Masseflächen einfach getrennt und führt sie nur an
einer!! Stelle zusammen, so dass sichergestellt ist, dass kein Strom
des Digitalteils durch den Analogteil zurückfließen kann und dabei die
Massefläche unter dem Analogteil anheben kann.
Dazu kommt, dass sich ein Schwankendes Massepotential auch kapazitiv in
alle Leitungen des darüberliegenden Analogteils einkoppeln wird, und
dabei ungeahnte störungen herbeiführen kann (Messrauschen im Tackt der
CPU etc.)

Also Merke: Massen sind zu trennen!

Hoffentlich konnte ich weiterhelfen ;-)

Viele Grüße

Tommi

p.s. wenn es noch Fragen oder Anregungen gibt, ich bin heute bis ca.
22:00 Uhr hier.

Autor: Thomas (Gast)
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Ach ja, ich bins nochmal,

tut mir leid, aber Literatur oder Links habe ich leider keine. :-(
Alles was ich hier so von mir gebe ist in mehreren Jahren als
Entwicklungsingenieur entstanden.

Sorry

Tommi

Autor: BenTu (Gast)
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Angehängte Dateien:

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Hallo zusammen,

zu diesem Thema möchte ich eine Beitrag in Form eines PDF-Dokuments der
 Firma Philips besteuern, dass mir bei meinen Layouts mit einigen guten
Ansätzen und Ideen geholfen hat.

MfG

Autor: BenTu (Gast)
Datum:

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Sorry,

hier ist der richtige Dateianhang.

MfG BenTu

Autor: Manfred Glahe (Gast)
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Hallo Tommi,

sehr guter Beitrag!
_________________
Jetzt zu den Masseflächen:

Tatsächlich kann man zeigen, dass der zurückfließende Stom in einer
Massefläche versucht den Weg zurück zu mehmen, der am dichtesten bei
dem hinführenden liegt. somit wird durch eine Massefläche alle
rückführenden Ströme ermöglicht. EMV technisch ist das sozusagen das
optimum! Allerdings solltet ihr sicherstellen, dass der Masselayer
nicht gerade auf einem seiner Wege blockiert ist.
_____________________

Hinzufügen möchte ich noch einen der wichtigsten Punkte überhaupt, beim
Entwurf von Leiterplatten und deren Entflechtung. Dies gilt auch und im
besonderen Maße für analoge/digitale Platinen.
Es kommt nämlich maßgebend darauf an, wie die einzelnen Bauteile auf
der Platine angeordnet sind! Du hast schon darauf hingewiesen, daß der
Rückstrom den kürzesten Weg nimmt und dies muß schon beim Plazieren der
Bauteile berücksichtigt werden. D.h. die Bauteile so plazieren, daß
Verbindungen mit höheren Strömen niemals durch eine Anordnung
störempfindlicher Bauteile führen können. Dies gilt besonders für
Signale mit steilen Flanken was bei AD/DA Wandlern zu unangenehmen
Bitklappern führen kann. Ich benutze für 16 BIT AD/DA Applikationen
auch nur zweilagige Platinen, da ich wegen der Einzelanfertigung immer
nur die LPKF Fräse zur Platinenherstellung benutze. Deshalb verwende
ich 2 GND Polygone und ein VCC/DIG Polygon um auch die positive
Versorgung sehr niederohmig machen zu können und damit etwas
unabhängiger von der möglichen Leiterbahnbreite und Führung.

Grundsätzlich ist es wohl letztlich die langjährige Erfahrung, die ein
gelungenes Leiterplattendesigd ausmacht.

MfG Mamfred Glahe

Autor: Heinz B. (Gast)
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ok also theoretisch kenn ich ja den Unterschied zwischen analog und
digital.

Aber wann ist denn eine Platine rein digital bzw eine Mischform aus
digital und analog ... weil so wie ich das lese hier gibts
hauptsaechlich emv Probleme mit analog/digital Mischformen..

Autor: Manfred Glahe (Gast)
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Das liegt an der besonderen Empfindlichkeit der des analogen
Schaltungsteiles. Bei einem 12 Bit AD/Wandler mit 5V UE- Bereich ist
für 1 BIt nur noch 1.22mV als Unterscheidung möglich. Störungen, die
diesen Betrag überschreiten verändern selbstverständlich das ergebnis.

Rein digitale Schaltungen unterliegen natürlich den selben Störungen,
aber mit erheblich höheren Störspannungen. So ist z.B. ein logisch O am
eingang eines digitalenn TTL Bausteines auch noch Null, wenn er bis 0.8V
ansteigt. Bei schnellen digitalen Schaltungen kann aber auch diese
Schwelle ein Problem bedeuten und zu Zeitverzerrungen, bzw. in
"schlechten" Schaltungen zu Nadelimpulsen führen, weil diese latenten
Zeitverschiebungen nicht unter dem schlechtest anzunehmenden Zustand
entwickelt wurden. Ein weites Feld, hier sicher nicht erschöpfend zu
behandeln.

MfG Manfred Glahe

Autor: Andy (Gast)
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Hallo,

wie ist es eigentlich, wenn ich auf der Vorder und Rückseite die
Massefläche gezogen habe. Wie und wo verbinde ich die beiden Flächen?
Lieber mit mehreren Vias konzentriert auf einer Stelle (niederohmig)
oder lieber über die ganze Fläche verteilt?
Bei der zweiten Möglichkeit (verteilte vias) kommt mir das Stichwort
"Masseschleife" in den Sinn. Wie kritisch ist es?

Grüße
'Andy

Autor: Karl (Gast)
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Hallo Andy,

ich mache es unter den Leistungshalbleitern so, dass ich viele Via´s
zwischen den GND-Flächen platziere. Wegen der Kühlung des Halbleiters
(z.B. bei Festspannungsreglern). Ansonsten setze ich am Ende von
GND-Füllungen auch noch mal ein Via. Nimm z.B. an, dass du eine
GND-Füllung zwischen zwei Leiterbahnen hast:

Leitung 1 -------------------------------------->

--------------------------------------------|
GND-Füllung                          Via->X |
--------------------------------------------|

Leitung 2 -------------------------------------->

Diese Weisheiten habe ich aus Layout-Richtlinien eines renomierten
Steuergeräteherstellers im Automotive Bereich.

Karl

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