Markus schrieb:> So...wie seht ihr das?
Elektronikdesign ist keine Meinungsforschung!
Du musst schon selber genug KnowHow in der Birne haben um Dich richtig
bezüglich EM Schirmung und Design für Herstellbarkeit zu entscheiden.
Generell ist die HF Impedanz von dünnen Leiterbahnen um ein Vielfaches
höher wie die einer großen Massefläche. Deshalb ist im Prinzip eine
sorgfältig, dem Design angepaßte Massefläche in fast allen Fällen den
Alternativen vorzuziehen.
Nur muss man bei zweiseitigen LP aufpassen, daß durch Unterbrechungen
keine ungewünschten Gap HF-Resonanzeffekte auftreten. Ideal sind
natürlich Multi-Layer LP wo es leichter ist eine minimal unterbrochene
Massefläche zu produzieren. Aber diesen Luxus kann man sich (als
Hobbyist) nicht immer leisten.
Es empfiehlt sich Konzeptmässig immer daran zu denken, daß aller
Stromfluß auf der LP durch die Schaltung zurück zur Stromversorgung
fließen muss. Das kann bei Mißachtung zu versauten Masseflächen führen.
Deshalb muss man darauf achten, daß die hochfrequenten Schaltströme,
z.B. bei Schaltreglern durch sternförmige Masse Inseln nicht den Rest
der Schaltung verseuchen können und nur auf einen zentralen Punkt mit
der Spannungsquelle verbunden sind um strahlende Stromschleifen zu
vermeiden. Eine solche Maßnahme isoliert die Störströme vom Rest der
Schaltung. In solchen Fällen empfiehlt es sich zueinander störende
Stromflüsse durch korrekt eingefügte Trennung von einander zu isolieren
so daß alle Ströme getrennt zum Einspeisungspunkt zurück kehren müssen.
Damit hat man dann Masseflächen die strategische Trennstellen von
einander haben. Es ist manchmal nützlich das Layout auszudrucken um dann
mit Rotstift den Stromfluß zu markieren um störende Überkreuzungen und
sonstige Sünden leichter zu identifizieren. Was Masseflächen angeht,
benötigt man viel Erfahrung um es richtig oder den bestmöglichen
Kompromiß zu machen.
Markus schrieb:> wie seht ihr das?
GND Flächen können die umspannten Flächen gering halten und damit die
Abstrahlung minimieren.
Sie können als GND Leiter mit max Querschnitt dienen.
Sie können aber auch Störungen in andere Schaltungteile transportieren,
wenn man sich nicht überlegt wie man die einsetzt.
Am schärfsten finde ich GND Flächen, die eine ganze PCB überspannen und
dann nur mit ein paar Vias an GND angebunden sind.
Die führen HF kaum ab und so breitet sich das schön über alles aus.
Wurde schon gesagt: Pauschale Aussagen hauen nicht hin und man muss
wissen was man tut und warum.
Natürlich ist das Physik und keine Glaubensfrage, aber alle die keine
oder wenig Ahnung davon haben (also die überwiegende Mehrheit) behandelt
das Thema so. Wie die Kölner sagen, jeder Jeck ist anders, und jede
Leiterplatte auch. Eine allgemein vorgefasste Meinung kann daher im
konkreten Fall erfolgreich sein, oder auch nicht. Behauptungen wie immer
fluten oder nie fluten sind von vornherein Blödsinn.
Georg
Bei dem Thema kommt es immer wieder zu Diskussionen.
Typisches Beispiel:
4 Lagen Platine
Top: Placement + Routing
Innenlage 1: GND Plane
Innenlage 2: VCC Plane
Bottom: Routing
Mikrocontrollerboard
Würdet ihr Top & Bottom mit GND fluten?
Also ich mach es nicht da ich keinen Mehrwert außer für den
Platinenfertiger sehe.
Masseflächen können zwingend sein:
Ein Impedanzkontrolliertes Layout benötigt eine Bezugslage, damit
vernünftige Geometrien rauskommen.
Das heißt eigentich immer: Eine solide GND-Fläche ist mindestens nötig.
Impedanzkontrollierte Layouts sind aber keine Glaubensfrage, sondern
einige Dinge funktionieren ohne schlicht nicht. USB, SATA, DDR-3, DDR-4
um ein paar zu nennen.
Ein weiterer Grund für Masseflächen ist thermischer Natur. Bei dicht
gepackter Leistungselektronik benötigt man die Platine zur Entwärmung,
was kompakte Kupferflächen benötigt. Auch das hat nichts mit Glaube zu
tun, sondern kann sogar simuliert werden. In dem Fall muss man oft sogar
TOP und Bottom füllen.
Es kann mechanisch nötig sein. Ist die Verteilung der Flächen zu
asymmetrisch, kann sich die Leiterplatte verziehen, das kann unerwünscht
sein.
Was wiederrum nicht heißt, dass ein Layout zwingend Masseflächen
braucht. Ein sauber gemachtes Layout mit sternförmiger Masse kann
manchmal günstiger sein.
Man macht das nach den Anforderungen. Wer sein Layout nach Glaube macht
ist inkompetent.
Sagt mal gibt es irgendwo Informationen über den Strom-Rückweg ? Ich sah
mal etwas da floss er verzweigt zurück - also nur ein Teil nahm den
kürzesten Weg.
Genau schrieb:> Sagt mal gibt es irgendwo Informationen über den Strom-Rückweg ?> Ich sah> mal etwas da floss er verzweigt zurück - also nur ein Teil nahm den> kürzesten Weg.
Naja, ich denke der Strom sucht sich immer den Weg mit dem geringsten
Widerstand:-)
Genau schrieb:> Ich sah mal etwas da floss er verzweigt zurück - also nur ein Teil nahm> den kürzesten Weg.
Macht ja auch Sinn. Der Spruch, dass der Strom dich den Weg des
kleinsten Widerstandes sucht, ist ebenso verkehrt. Der Strom teilt sich
gemäß der Impedanzen auf.
Gruß,
Genau schrieb:> Sagt mal gibt es irgendwo Informationen über den Strom-Rückweg ?> Ich sah> mal etwas da floss er verzweigt zurück - also nur ein Teil nahm den> kürzesten Weg.
Such mal bei google nach Altium Live Summit 2018. Da sind ne Menge
interessanter Vorträge dabei, auch zu dem Thema.
Ich sage jetzt mal, DC Rückpfad nimmt den resistiv geringsten Pfad und
HF bzw. Digitalsignale nehmen den Pfad mit der geringsten Impedanz. Bei
durchgehender Masse unter dem Signalpfad dann idealerweise direkt
darunter. Aber wie Dan Beeker so schön sagt "its all about the space"
:-)
D. C. schrieb:> Bei dem Thema kommt es immer wieder zu Diskussionen.>> Typisches Beispiel:> 4 Lagen Platine> Top: Placement + Routing> Innenlage 1: GND Plane> Innenlage 2: VCC Plane> Bottom: Routing> Mikrocontrollerboard>> Würdet ihr Top & Bottom mit GND fluten?>> Also ich mach es nicht da ich keinen Mehrwert außer für den> Platinenfertiger sehe.
Naja, ehrlich gesagt würde ich nicht sagen dass der PCB-Manufact. einen
Mehrwert hat, denn er muss sowieso kaschierte Laminate oder Folien
verwenden, die dann freigeätzt werden. Ihm ist fertigungstechnisch
normalerweise lieber, wenn das ganze mechanisch ausgeglichen ist und
nicht alles weg geätzt. Ich verwende generelle eher symmetrische Boards
und keine mechanisch unsyemmetrischen Geschichten, wie z.B. eine Seite
viel Kupfer und andere Seite leer.
Wie wärs mit?
1 GND
2 Signal+Power
3 Signal+Power
4 GND
Kein Glaubender! schrieb:> Masseflächen können zwingend sein:> Ein Impedanzkontrolliertes Layout benötigt eine Bezugslage, damit> vernünftige Geometrien rauskommen.>> Das heißt eigentich immer: Eine solide GND-Fläche ist mindestens nötig.>> Impedanzkontrollierte Layouts sind aber keine Glaubensfrage, sondern> einige Dinge funktionieren ohne schlicht nicht. USB, SATA, DDR-3, DDR-4> um ein paar zu nennen.
Hi Wissender :-)
Impedanzkontrolliert ist natürlich das Stichwort. Aber das kann ja auch
über eine Mikrostrip Struktur gegeben sein, für die ich keine
GND-Flutung brauche.
Ich frag mich immer ob die "Schirmdämpfung" von Außen her gesehen bei
einer CoplanarWaveGuideGrounded nicht höher ist, also die Abstrahlung
geringer.
Den Rest kann ich nachvollziehen, thermisch und mechanisch macht das
Sinn.
Markus schrieb:> So...wie seht ihr das?
Ein Anfänger fährt einfacher, wenn er seine Bauteile sinnvoll
positioniert und dann ohne Einsatz von "Brain 1.0" einfach die Masse
flutet. Dann hat der Strom die Chance, einen geeigneten Rückweg zu
finden.
Der Trick ist, nicht dauerhaft auf diesem unbedachten Anfängerniveau zu
bleiben, sonsdern zwischendurch mal Nachzudenken und ggfs. sogar auf
"Brain 1.1" upzudaten...
Markus schrieb:> Er schwört auf Flutung, er hat in seinen gefühlten 500 Jahren nie eine> PCB ohne Flutung designed.
Wenn und weil er sich vorher schon Gedanken gemacht hat, wo diese
"Flut" denn überall hinkommt, kann er das natürlich machen. Er legt sein
Design so aus, dass die geflutete Masse nötig ist.
Und natürlich hat er bei seinen 6++ lagigen Platinen den Vorteil, dass
da 1 komplette Lage nahezu durchgehend für die Masse hernehmen kann. Das
ist was anderes, als wenn man sparen muss (Automotive) und nur 2 Lagen
für das selbe Design nehmen kann. Denn auf einer 2-lagigen Platine gibt
es keine durchgehende Massefläche. Und dann passiert es beim Fluten gern
mal, dass man meint, man hätte eine durchgehende Masse, man aber
tatsächlich mehrere solcher Massen hat wie dort in der oberen Skizze:
Beitrag "Re: Masselayout von Quarz und Mikrocontroller"Markus schrieb:> Er ist der Meinung, GND-Flutungen sind absolut keine gute Idee.
Ich sehe es eher so, dass er meint, unbedachte GND-Flutungen sind
keine gute Idee.
Al3ko -. schrieb:> Bissiger Hund schrieb:>> Naja, ich denke der Strom sucht sich immer den Weg mit dem geringsten>> Widerstand:-)> Falsch gedacht.
Bei hohen Frequenzen "möchte" der Strom direkt beim Hinleiter wieder
zurück. Und wenn dann kein durchgehender paralleler Pfad ist, nimmt er
einen Umweg, zieht damit eine Leiterschleife auf und wird a)
störempfindlicher und b) selbst zum Störer (die beiden Seiten der selben
Medaille).
Kein Glaubender! schrieb:> Masseflächen können zwingend sein: Ein Impedanzkontrolliertes Layout> benötigt eine Bezugslage, damit vernünftige Geometrien rauskommen.
So ist es.
Allerdings ist "Impedanzkontrolle" eine der schlechtesten Übersetzungen
eines englischen Begriffs, die mir je untergekommen ist. Denn es hört
sich an, als ob man das irgendwie hinterher "kontrolliert". Wenn der
Übersetzer da in der Schule ein wenig besser aufgepasst hätte, dann
hätte er "control" sinnigerweise mit "steuern" übersetzt. Denn man
"steuert" von vorn herein das Leiterplattendesign so, dass hinterher
die Impedanz hinreichend passen wird.
Markus schrieb:> wie seht ihr das?
Es ist keine Glaubensfrage, GND und Versorgungsspannungen gehören zuerst
geroutet, dabei GND im Stern und Versorgung parallel dazu auf kürzestem
Wege.
Dann kommen erst die Signalleitungen, zuerst die kritischen (hoher
Strom, einszreuempfindlich).
Zum Schluss kann man ggf. noch die Lücken mit Masse (und wo es besser
passt mit VCC) fluten, denn breitete Leiterbahnen bedeutet weniger
Impedanz, aber manche Schaltungen (Sternpunkt) werden dadurch auch
schlechter.
Eine Massefläche ist gut, darf aber nur von Durchkontaktierungen
durchbrochen werden. Aber eine durch Leiterbahnen durchschnittene Bottom
Layer geflutet mit Masse bringt nix, das sind Schlitzantennen es spart
nur Ätzmittel beim selber-ätzen.
Es kommt immer darauf an. Wenn man sich die Präsentationen anschaut,
machen sowohl die Gründe für als auch die Gründe gegen Ground-Flooding
Sinn. Es kommt immer auf das entsprechende Design an welche Aspekte
überwiegen.
Markus schrieb:> Thomas Wischnak:> https://www.altium.com/live-conference/altiumlive-2018-annual-pcb-design-summit#Industry-Keynote--The-PCB-Doctor-Returns--Troubleshooting-Your-Designs>> Dieser sagt genau das Gegenteil, kommt aus dem Automotive Bereich und> war ebenfalls wohl öfter in der EMV-Kammer. Er ist der Meinung,> GND-Flutungen sind absolut keine gute Idee.
Wäre ih der Wischnak, würde ich jetzt schnurstrack zu Dir toben und dir
dieses Geschreibsel solange um die Ohren schlagen bis du endlich das
richtige Lesen und Zitieren lernst. Da steht keinesfalls "Das Gegenteil
vom Fluten" sondern:
<code>
>Groundflooding(myfavorite...)
−Most often seen in combination with „commonmode chokes in power lines“
−Unnecessary with correct layer setup
Do you really want to shield GND layers with GND flooding on top/bottom?
</code>
Also nix mit "keine gute Idee" sondern lediglich "unnötig bei korrektem
Layer-Stack"
Und wenn man halt aus Kostengrunden eine zweilagen Platine hat, ist es
mit "korrekten" aka vielen inneren GND-layerb nicht weit her, so das es
keine Alternative zum Massefluten oben/unten hat.
PS:
Als Mod sollte man ernsthaft überlegen solchen Taugenixen wie dem TO
dauerhaft die Schreibberechtigung zu entziehen.
Markus schrieb:> Ich sage jetzt mal, DC Rückpfad nimmt den resistiv geringsten Pfad und> HF bzw. Digitalsignale nehmen den Pfad mit der geringsten Impedanz.
Die Aussage find ich gut und habe ein Bild
gefunden.(Simulation)(https://incompliancemag.com/article/alternative-paths-of-the-return-current/)
Kurze Erklärung fürs Bild. Dort ist eine Leiterschleife über eine GND
Plane. Bei kleinen Frequenzen nimmt der Rückstrom den direkten Weg. Bei
hohen Frequenzen fliesst der Strom unter der Leiterschleife zurück.
Meiner Meinung nach sieht man auch sehr schön dass man nicht von einem
Strompfad reden kann sondern sich Strom in einer Plane eher als Wolke
vorstellen muss.
Taz G. schrieb:> Meiner Meinung nach sieht man auch sehr schön dass man nicht von einem> Strompfad reden kann sondern sich Strom in einer Plane eher als Wolke> vorstellen muss.
Irgendwie logisch, denn so eine Platine sind ja eigentlich nur viele
kleine "Kupferwiderstände", die z.B. wie ein Netz allesamt irgendwie
parallel und in Reihe geschaltet sind. Und je weiter der Weg quer über
die Platine führt, um so höher ist die Summe der dabei zu überwindenden
Widerstände.
Trotzdem fließt natürlich auch in einer Parallelschaltung eines 1 Ohm
Widerstandes zu einem 1 MOhm Widerstandes ein Milliontsel des
Gesamtstromes den "unbequemen" Weg durch den hochohmigen Widerstand.
So wird dann auch in dem geposteten Bild bei 100MHz ein geringer Teil
des Stromes den Weg nehmen, den er bei 1kHz bevorzugt nimmt. Und es wird
umgekehrt auch bei 1kHz ein geringer Teil des Stromes den Umweg am
unteren Platinenrand entlang nehmen.
Nur kann diese Dynamik mit der Anzahl der dort verwendeten Falschfarben
nicht dargestellt werden.
Al3ko -. schrieb:> Der Spruch, dass der Strom dich den Weg des> kleinsten Widerstandes sucht, ist ebenso verkehrt. Der Strom teilt sich> gemäß der Impedanzen auf.
Wo siehst Du den Widerspruch?
Impedanz ist ein frequenzabhängiger Widerstand und so verteilt sich der
Strom gemäss der (frequenzabhängigen) Widerstände.
Kein Glaubender! schrieb:> Man macht das nach den Anforderungen. Wer sein Layout nach Glaube macht> ist inkompetent.
Full Ack!
Ich behaupte aber, nach bald 30J Berufserfahrung, das 80% der
Eintwickler die Gesetzmässigkeiten eines guten Layouts nicht kapiert
haben.
Die Fähigkeit zu erkennen, wo man sich bei schnellen Signalen einen LC
Schwingkreis mit großer Ausdehnung aufgebaut hat oder bei empfindlichen
Signalleitungen eine super Empfangsantenne für Störungen, eine GND Plane
unter Entstördrosseln Drossel HF mäßig überbrückt oder ein schwach
angebundene GND Plane zur Störausbreitung beiträgt, ist extrem schwach
entwickelt.
Alles DC Betrachtung ohne die parasitären Eigenschaften erkennen zu
können.
C. A. Rotwang schrieb:> Da muss man sich nicht mit Wortungetümen wie "impedance controlled PCB> manufactoring" rumschlagen. Das ist lediglich eine planare HF-Leitung> auf 'ner gedruckten Leiterkarte. Sowas hatte ich im 5. Semester meines> ET-Diploms in der Vorlesung, scheint heute garmicht mehr gelehrt zu> werden.
Trotz Diplom ist das eine totale Fehleinschätzung aufgrund fehlender
Ahnung.
Kontrollierte Impedanz bedeutet, dass der Leiterplattenhersteller auf
der fertigen LP kontrolliert, ob die Impedanzwerte tatsächlich
eingehalten werden. Wegen des Messaufwands (Time Domain Reflectometer)
kostet das ordentlich extra, das ist aber kein esoterisches Gedöns,
sondern notwendig, wenn das Ergebnis garantiert und nicht nur zufällig
sein soll. Es werden mit den LP auch die Messprotokolle mitgeliefert.
Georg
C. A. Rotwang schrieb:> Das ist lediglich eine planare HF-Leitung> auf 'ner gedruckten Leiterkarte.
Alle Leitungen sind das, wenn man mal die DC Betrachtung aufgibt.
Im Studium hattest Du höchstwahrscheinlich eine große, vollflächig
kupferkaschierte PCB auf der mit sehr kompfortablen Abstand zu allem
anderen, eine Streifenleitung aufgebaut und vermessen wurde.
Tool für die Ausbildung, aber zu kurz gedacht in der Realität.
In der echten Welt, habe ich am Eingang eine Schaltnetzteiltopologie, in
der Mitte eine schnelle MCU und, geschickt verteilt, analoge
Schaltungen.
Alles eng gepackt.
Das Kunststück besteht nun darin einschätzen zu können was hier was tut
und wie ich die Auswirkungen auf andere Schaltungsteile auf ein
akzeptables Maß reduzieren kann.
Dazu muss man die parasitären Eigenschaften der Bauteile und des Layouts
einschätzen können, geeignete Bauteile eindesignen, platzieren und ein
dazu passendes Layout zaubern.
Ein klein wenig komplizierter als die isolierte Streifenleiter
Betrachtung.
Ein etwas weniger agressiver Ton stünde Dir übrigens gut zu Gesicht.
Michael K. schrieb:> Al3ko -. schrieb:>> Der Spruch, dass der Strom dich den Weg des>> kleinsten Widerstandes sucht, ist ebenso verkehrt. Der Strom teilt sich>> gemäß der Impedanzen auf.>> Wo siehst Du den Widerspruch?> Impedanz ist ein frequenzabhängiger Widerstand und so verteilt sich der> Strom gemäss der (frequenzabhängigen) Widerstände.
Hi Michael,
für mich sind "Strom aufteilen" und "Strom sucht sich den Weg des
geringsten Widerstandes" zwei völlig unterschiedliche Aussagen. Und ob
wir jetzt von Widerständen oder Impedanzen reden, ist eigentlich völlig
unwichtig, denn es geht um die Wortwahl des Stromes.
Ich persönlich kann mich mit der Wortwahl, dass sich der Strom den Weg
des geringsten Widerstandes sucht, nicht anfreunden, da er irreführend
und meiner Ansicht nach auch schlichtweg verkehrt ist. Gedankenbeispiel:
Man nehme eine 5V Spannungsquelle und belaste sie mit zwei parallel
geschalteteten Widerständen, einmal 100Ohm, einmal 1kOhm. Wenn sich der
Strom den Weg des geringsten Widerstandes suchen würde (um bei der oben
zitierten Wortwahl zu bleiben), hieße das, dass der Strom durch den
100Ohm Widerstand fließen würde und nicht durch den 1kOhm Widerstand.
Die Physik besagt allerdings, dass sich der Strom gemäß der Widerstände
aufteilt. Es fließt also Strom durch den 1kOhm Widerstand, aber eben
nicht der ganze. Damit ist der Satz, der Strom sucht sich den Weg des
geringsten Widerstandes, widerlegt.
Wenn ich den oben zitierten Satz allerdings komplett missverstehen
sollte, so Asche auf mein Haupt.
Gruß,
Al3ko -. schrieb:> Wenn sich der> Strom den Weg des geringsten Widerstandes suchen würde (um bei der oben> zitierten Wortwahl zu bleiben), hieße das, dass der Strom durch den> 100Ohm Widerstand fließen würde und nicht durch den 1kOhm Widerstand.
Okay, in der extremen Auslegung hast Du recht, das diese Aussage nicht
stimmt.
Irgendwo aber auch wortklauberei, da jedem der sich mit Elektronik
beschäftig, klar sein sollte nach welchen Gesetzmäßigkeiten sich Ströme
aufteilen.
Michael K. schrieb:> Irgendwo aber auch wortklauberei, da jedem der sich mit Elektronik> beschäftig, klar sein sollte nach welchen Gesetzmäßigkeiten sich Ströme> aufteilen.
Nö, eben das wird immer wieder widerlegt. Alles jenseits des trivialen
Stromteilers paralleler, ohmscher Widerstände ist mitunter schon für
viele unverständlich bzw. mit einer gehörigen Portion Halbwissen oder
gar Irrtum behaftet.
Georg schrieb:> Kontrollierte Impedanz bedeutet, dass der Leiterplattenhersteller auf> der fertigen LP kontrolliert
Das ist lediglich der zweite Teil. Bei diesem "Compliance Test" prüft
der LP-Hersteller oder auch der Endverbraucher entweder einmalig oder
laufend, entweder an allen Leiterplatten oder exemplarisch an Mustern,
ob sich die Impedanz, die man "kontrolliert einsteuern" will (die also
nicht irgendwelche zufällige Werte haben darf), auch in der Praxis
einstellt.
Trotzdem hast das "controlled" bei "controlled impedance" zuallererst
etwas mit "steuern" und erst nachrangig und bei Bedarf mit
"kontrollieren" (im Sinne von "Prüfung durch Messung") zu tun. Ich habe
einige "impedanzkontrollierte" Leiterplattenlayouts, bei denen einfach
ein Prototyp auf Einhaltung der erwarteten Ergebnisse vermessen wurde
und dann die Serie mit gleichem Aufbau und Material ohne weitere Messung
produziert wird.
Dort ist das dann m.E. auch recht gut dargestellt und deutlich getrennt
in "Impedanzsteuerung" (= impedance control) und "Impedanzprüfung" (=
impedance testing):
https://www.polarinstruments.com/support/cits/AP120.html
1
:
2
:
3
The impedance of a PCB trace is controlled by
4
its configuration
5
dimensions (trace width and thickness and height of the board material)
6
dielectric constant of the board material
7
:
8
:
9
Most controlled impedance PCBs undergo 100% testing.
Markus schrieb:> ch sage jetzt mal, DC Rückpfad nimmt den resistiv geringsten Pfad und> HF bzw. Digitalsignale nehmen den Pfad mit der geringsten Impedanz.
Das ist unbestritten.
Lothar M. schrieb:> Bei hohen Frequenzen "möchte" der Strom direkt beim Hinleiter wieder> zurück. Und wenn dann kein durchgehender paralleler Pfad ist, nimmt er> einen Umweg, zieht damit eine Leiterschleife auf und wird a)> störempfindlicher und b) selbst zum Störer (die beiden Seiten der selben> Medaille).
Auch da stimme ich vorbehaltlos zu.
Allerdings habe ich noch eine Anmerkung: Hochfrequenz beginnt in diesem
speziellen Fall bei ca. 150kHz. Ab dieser Frequenz beginnt der Rückstrom
dem Signalweg zu folgen. Wer nun der Meinung ist, er hat nur 100kHz Takt
und damit kein Problem, der irrt genauso, denn:
für die Wahl des Rückstrompfades im Schaltvorgang ist allein die
Signalanstiegszeit von belang. Bei aktuellen Schaltkreisen liegt die
durchweg bei unter 10ns, und damit schon im zweistelligen MHz bereich.
Eine Tatsache, die gern vergessen wird. Allerdings führt uns das sofort
zum nächsten Punkt: der Anpassung. Ein schneller Schalter generiert an
einer falsch (oder gar nicht) angepassten Leitung sofort ein massives
Über- und Unterschwingen. Auch dieses erzeugt Störungen! Wer also meint,
er Flutet einfach eine Lage und ist dann fertig, der irrt sich. Zu gutem
LP Design gehört auch, daß man sich derartige Leitungen ansieht und
diese ggf. mit einem entsprechenden Widerstand so anpasst, daß man nach
Möglichkeit weder Über- noch Unterschwingen hat und gleichzeitig der
rechteckigen Signalform des gewünschten Digitalsignales so nah wie
irgendmöglich kommt.
Da man das im Vorhinein nur mit sehr spezialisierten Programmen
realistisch simulieren kann wird man in der Praxis üblicherweise den
Pragmatischen Weg des Try and fail wählen. Man nimmt einen
Widerstandswert, den man erstmal bestückt, vielleicht so 100 Ohm, und
schaut dann, wie das Signal aussieht. Passt die Form ist alles gut,
passt sie nicht muss man den Widerstand etwas ändern. Ist ein
Überschwingen erkennbar muss er größer werden, sind die Flanken zu rund
kleiner. Das funktioniert recht gut, wenn man einen Sender im System hat
und man den Widerstand recht nah an dessen Ausgang setzt, also eine
Serienterminierung durchführt. Bei Taktsignalen z.B. ist so etwas sehr
oft anzuraten.
Al3ko -. schrieb:> Die Physik besagt allerdings, dass sich der Strom gemäß der Widerstände> aufteilt. Es fließt also Strom durch den 1kOhm Widerstand, aber eben> nicht der ganze. Damit ist der Satz, der Strom sucht sich den Weg des> geringsten Widerstandes, widerlegt.
Ich steh so ein bisschen dazwischen, für mich stimmt der Satz ein
bisschen.
Ich könnte mir vorstellen das mit "Strom" nicht die Gesamtheit gemeint
ist sondern jedes Elektron für sich selber - also jedes Elektron sucht
sich den Weg des geringsten Widerstandes.
In deinem Beispiel könnte es sein das 1000 Elektronen sich durch den 100
Ohm quetschen und das Elektron Nummer 1001 sagt "Ach nö so viel los
hier, die Dichte ist mir zu groß - ich laufe lieber einen Umweg, ist
bequemer für mich".
Also noch mal, für mich ist der Satz genauso richtig wie falsch.
Gilt für mich auch bei "Impedanz", da sagt halt das Elektron "Bei der
Frequenz nehm ich halt den Weg"
Al3ko -. schrieb:> Die Physik besagt allerdings, dass sich der Strom gemäß der Widerstände> aufteilt. Es fließt also Strom durch den 1kOhm Widerstand, aber eben> nicht der ganze. Damit ist der Satz, der Strom sucht sich den Weg des> geringsten Widerstandes, widerlegt.
Dieser Satz gilt nach wie vor. Allerdings gibt es einen Unterschied bei
2 möglichen Zuständen auf der Platine. Dieser Unterschied kann zu
teilweise extrem unterschiedlichen Stromaufteilungen führen.
Zum einen haben wir den Statischen Zustand: Es gibt einen definierten,
sich nicht oder nur sehr langsam ändernden Stromfluss. Dann kann man die
Stromwege mit dem Lineal und einem Multimeter messen und Aufzeigen.
Dieser Strom erwärmt die Leitungen, verursacht in der Regel aber keine
Ausfälle, esseidenn, es wird zu warm, weil Leiterzüge zu dünn sind.
Daneben gibt es noch den dynamischen Zustand im Moment des
Pegelwechsels, wenn sich also der Stromfluss in kurzer Zeit stark
ändert. Dieses erzeugt eine "Welle" in der Leitung, welche durch selbige
rast. Hierbei folgt der Rückstrom, quasi als negative Welle, dem
Strompfad (eben ab den bereits genannten 150kHz, die man mit
Digitalschaltkreisen faktisch immer deutlich überschreitet aufgrund der
geringen Schaltzeiten der Gatter). Dabei "Sieht" der Strom aber nur den
Widerstand (Impedanz genannt, und hier schließt sich nun der Kreis) in
einem kurzen Leiterstück vor ihm. Allerdings nicht nur den Ohmschen
sondern auch einen Kapazitiven und induktiven. Diese beiden Zustände
muss man voneinander Trennen und auch getrennt betrachten. Der erstere
ist in der Regel unproblematisch, breite Leiterzüge vorausgesetzt
passiert da nicht viel. Besonders der Letztere führt allerdings gern zu
Störungen bis hin zum schlimmsten Fall, dem sporadischen Ausfall, wenn
dort Mist gebaut wurde. Solche Fehler sind teilweise sehr schwer zu
finden.
Christian B. schrieb:> Dabei "Sieht" der Strom aber nur den Widerstand (Impedanz genannt, und> hier schließt sich nun der Kreis) in einem kurzen Leiterstück vor ihm.
Nur um sicherzugehen, ob ich dich richtig verstehe:
Du sagst also, dass der GESAMTE Strom bei einer Schaltflanke (also
hochfrequent) in einem komplexen Gebilde (ohmscher Anteil, kapazitiver
Anteil und induktive Anteil) lediglich EINEN Weg einnimmt, nämlich
LEDIGLICH den mit der GERINGSTEN Impedanz?
Habe ich deine Aussage so richtig verstanden?
Gruß,
In nennenswertem Umfang: Ja. Tatächlich verteilt sich der Strom
natürlich zwischen dem Ruhestromweg und dem direkt unter der Leiterbahn.
Allerdings mit steigender Frequenz spielt die Impedanz eine immer
größere Rolle und somit steigt der Anteil des Stromes, der direkt unter
dem Signalpfad entlangfliesst mit der Frequenz des Schaltsignales. Im
Bereich der Oberwellen fließt der Strom nahezu immer direkt unter dem
Signalpfad entlang. Wenn dort dann Störstellen sind...
hier z.B. ein Bild, in welchem man das anschaulich sieht.
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTxlfj1HYtipJeiNfPtHyfCPfQp2EeGWlGk8RMGmddOEz87rjTFKw
Ich hab ein besseres in meinen FED Schulungsunterlagen, leider kann ich
dieses nicht hier zeigen.
Al3ko -. schrieb:> Die Physik besagt allerdings, dass sich der Strom gemäß der Widerstände> aufteilt. Es fließt also Strom durch den 1kOhm Widerstand, aber eben> nicht der ganze. Damit ist der Satz, der Strom sucht sich den Weg des> geringsten Widerstandes, widerlegt.
Das ist der stationär eingeschwungene Zustand, in dem das Ohm'sche
Gesetz gilt.
Bei HF hast Du Wellenausbreitung, da musst Du die kompletten
Maxwell'schen Gleichungen bemühen. Extremfall ist ein einzelner
Transient (ESD-Puls). Da fliesst der Strom an einer Verzweigung
tatsächlich erstmal zu gleichen Teilen in alle möglichen Richtungen. Am
offenen Ende merkt er dass es nicht mehr weitergeht und kommt wieder
zurück. Das kann man mit geeigneter Messtechnik wirklich sehen,
Stichwort "Time Domain Reflektometry".
@Christian B.
Ich hab das gleiche Bild schon gepostet, für verschiedene Frequenzen.
Scroll mal ein wenig hoch da sieht man schön wie der Strompfad sich mit
der Frequenz ändert.
Taz G. schrieb:> Ich hab das gleiche Bild schon gepostet, für verschiedene Frequenzen.> Scroll mal ein wenig hoch da sieht man schön wie der Strompfad sich mit> der Frequenz ändert.
Du hast die Quellenangabe vergessen. Das hat Christian B. korrigert. So
wird aus einem geklauten Bild (mit Abmahnrisiko für den Forenbetreiber)
ein ordentliches Zitat im Rahmen einer wissenschaftlichen Diskussion.
Wie immer kann man nicht pauschalisieren.
Es gilt immer die Prioritäten an Anforderungen abzuwägen.
Große GND-Flächen braucht man entweder zur Schirmung, um große Ströme
abzuleiten, Als Wärmeleiter, um die Fertigung zu vereinfachen oder um
sich das Layout zu vereinfachen.
Schirmung ist immer ein Notnagel. Besser ist es wenn man die Ströquelle
gleich Räumlich trennt, z.B. indem man die Leistungselektronik deutlich
abgesetzt oder auf einem eigenen Board Plaziert.
Wenn man gezwungen ist die LE in die Nähe der Logik zu packen, muss man
sich genau überlegen welche El. und Mag. Felder erzeugt werden und in
welche Richtung sie wirken. Pauschal Kufer drauf gießen bringt da
bestenfalls zufällig etwas. Eine zerstückelte GND-Plane kann sogar als
Antenne wirken und einem z.B. die CE-Zulassung verhageln.
Bei großen Strömen verhält es sich ähnlich. Vorzugsweise hält man die
Strecke möglichst kurz und nur als Notlösung gießt man groß Kupfer.
Am einfachsten ist die Anwendung um das Layout zu vereinfachen. Wenn man
eine GND-Plane und ggf. eine VCC-Plane hat (4 oder mehr Lagen) Spart man
sich das Routing der "Dicken"-Power Traces. Als nebeneffekt hat man eine
gute Wärmeleitung und Schirmung. Wenn man nicht aufs Geld Schauen muss
eigentlich immer die beste Lösung.
Dann gibt es noch den Aspekt der Produzierbarkeit. Wenn man z.B wg.
einer High-power anwendung große Kupferflächen auf einer Seite des
Boards hat, aber nur dünne Tracks auf der anderen Seite, kann das sehr
schwer zu ätzen sein. Die Verteilung von Kufer sollte auf dem Gantzen
Board möglichst konstant sein. Hier kann es also unter
Herstellungsaspekten notwendig sein GND zu gießen. Hier muss man dann
aber besonders aufassen, dass man keine GND-Inseln produziert.
Bei den meisten Hobbyanwendungen hat man aber eh selten Frequenzen >1Mhz
und harsche Analog-anforderungen. Von da betrifft einen das da eh wenig.
Und auch im Professionellen Umfeld nutzt man oft fertige Module für HF
oder LE-Anteile. Bei den Firmen hocken exterten die sich damit
auskennen.
Eure ganze Diskussion bestätigt zum Teil, daß LP Layout in der Praxis
immer mehr oder weniger von Kompromissen geprägt ist. Ein ideales Layout
gibt es in der Praxis kaum und man muß oft mildernde Praktiken anwenden
um die Signalqualität zu maximieren. Da wie schon bemerkt wurde die
Flankensteilheit das HF-technische Gebilde definiert, muß man oft mit
sinnreich bemessenen Serienwiderständen zwischen Sender und Empfänger
ansetzen um die gröbsten Probleme zu bändigen. Das ist ähnlich wie die
Arbeit eines Tierbändigers.
Bei wirklichen hochfrequenten Taktfrequenzen und Datenraten wird man
sowieso mit terminierten abgeschlossenen Differenzial-Paar
ausgestatteten Komponenten arbeiten müssen oder wollen. Zum Beispiel
kann man mit LVDS TX/RX und Impedanz definierten und terminierten
Differenzialleitungen so etwas realisieren. Da sind Reflektionen sehr
minimiert. Wer mit Sata, PCIexpress, Displayport Designs arbeitet, weiß
sowieso was ich meine. Da kommt es auch oft auf exakt gleiche Länge
zwischen diversen zusammengehörenden Leiterpaaren an und das ist nur
machbar mit ECAD welches solche Constraints berücksichtigen kann und mit
DRC sinnreich ausgrenzen kann. Viele einfacheren CADs sind für solche
(fortgeschrittene) Designs einfach ungeeignet oder eine Landplage
während des Designs.
In vielen Designs wird auch oft mit Very High-Speed Oszilloskopen
schlecht gemessen und man sieht dargestellte digitale Signale die viel
schlechter aussehen als in der Wirklichkeit. Da muß man mit
breitbandigen Oszis sehr aufpassen und quasi "Meßports" von vornherein
vorsehen um "echte" Messungen mit minimalen Verfälschungen machen zu
können. Diesbezüglich machen viele Leute mit noch wenig Erfahrungen
diesbezüglich oft grobe Fehler.
Wer die LP Designs von PC Motherboards kritisch untersucht wird einen
Begriff bekommen mit welchen Problemen sich die Entwickler herumschlagen
mußten und wie dort Verbindungs Probleme gelöst werden. Das sind dann
schon Wunderwerke der Elektronikentwicklung.
Für wirklich gute Messmöglichkeiten sollte man wenn finanziell und
größenmäßig möglich, koaxiale Meßbuchsen oder Die Meßtestpunkte für die
vorhandenen Oszi Meßspitzen vorsehen, so daß keine lose, weitentfernte
Masserückleitung mit ihrer parasitären Induktivität die Ergebnisse
verfälschen kann. Wenn das nicht möglich ist kann man die Meßspitze
abziehen und verbindet die koaxiale Messspitze direkt mit Masse und
Signal.
Zumindest sollte man eine kleine umgreifende Klammer an Masse nahe
anlöten um die Rücklaufinduktivität so klein wie möglich zu halten.
(Das RS URV kam mit solchen versilberten Streifen in der
Meßfühlerschatulle)
Auch kann man an die Massehülse der Oszi Spitze einen kleinen
Kupferstreifen umlegen und auf kürzesten Weg mit der Schaltungsmasse
verbinden. Grundsaätzlich sind breite Metallstreifen induktivitätsmäßig
günstiger als runde, dünne Drähte.
Nur so bekommt man reale Ergebnisse die das teure Meßmittel
rechtfertigen. Es ist oft fast lächerlich wenn mit teuren GHZ Oszis oft
so geschlampt wird und sich über die furchtbar schlechten Meßsignale
wundert. Auch muß mit den empfindlichen (sehr teuren) Oszi "Meßfühlern"
wie mit rohen Eiern sorgsam und sanft umgegangen werden um ihre
Meßeigenschaften nicht permanent zu schädigen. Hochgeschwindigikeits
Oszi Meßtechnik ist eine eigenständige Wissenschaft für sich selber und
man braucht viel Erfahrung um grobe Meßfehler zu vermeiden.
Jedes LP Design ist eine eigenständige Gesamtheit mit ihren besonderen
eigenen HF Eigenschaften. Man muß sich klar sein, daß es Perfektion
signalmäßig kaum gibt und die Grenzen eines brauchbaren Designs durch
Erfahrung zu bestimmen.
Es ist durchaus möglich HCMOS Signalverbindungen mit guten
Flankenverlauf zu messen. Ich machte Logikschaltungen bis jetzt auch die
besten Erfahrungen mit richtig optimierten Serienwiderständen dort wo es
darauf ankommt.
Bei gewissen uC hat man auch die Möglichkeit durch IO Einstellungen die
Flankensteilheit der Anwendung gemäß einzustellen. Auch sollte man sich
die Unsitte verkneifen UNNÖTIG schnelle Logikfamilien zu wählen um
vermeidbare Überschwinger schon von vornherein zu unterbinden. Wie schon
sehr richtig bemerkt bestimmt die Flankensteilheit der Signale inwieweit
Massequalität störend die Verbindungen untereinander versauen. Kleine
Designs sind meist schwerer zu beherrschen im Vergleich zu Hersteller
Test LP mit (unrealistisch) großzügig bemessenen Masseflächen und
mehrlagigen LP welche die reale Welt der Anwendung weitgehenst
ignorieren. Die sind mehr für die Charakterisierung des betreffenden
Bauteils optimiert.
Wer aus Kostengründen nicht mit "idealeren" mehrlagigen LP operieren
kann ist meist, speziell bei kleinen Abmessungen, sowieso gezwungen
gewisse Kompromisse einzugehen und mit den Resultaten, insofern tragbar,
leben. Hier kann die Planung wie Komponenten gegeneinander angeordnet
werden in Extremfällen den Unterschied zu einem brauchbaren Design und
Versager ausmachen. Da gehört viel Erfahrung dazu den Spreu vom Weizen
zu trennen.
Man hat mich hier übrigens etwas zerpflückt hier weil ich das etwas
knapp mit dem geringsten Widerstand gemeint hatte. Es ist doch klar, daß
sich die Ströme den Widerständen proportional aufteilen.
soul e. schrieb:>> Ich hab das gleiche Bild schon gepostet, für verschiedene Frequenzen.>> Scroll mal ein wenig hoch da sieht man schön wie der Strompfad sich mit>> der Frequenz ändert.>> Du hast die Quellenangabe vergessen. Das hat Christian B. korrigert. So> wird aus einem geklauten Bild (mit Abmahnrisiko für den Forenbetreiber)> ein ordentliches Zitat im Rahmen einer wissenschaftlichen Diskussion.
Hab ich wirklich die Quellenangabe vergessen ?
Taz G. schrieb:> Die Aussage find ich gut und habe ein Bild>
gefunden.(Simulation)(https://incompliancemag.com/article/alternative-paths-of-the-return-current/)
Al3ko -. schrieb:> Du sagst also, dass der GESAMTE Strom bei einer Schaltflanke (also> hochfrequent) in einem komplexen Gebilde (ohmscher Anteil, kapazitiver> Anteil und induktive Anteil) lediglich EINEN Weg einnimmt
Da sich hier extreme Korinthenkackerei zu dem Thema breitmacht:
natürlich nimmt der Rückstrom nicht nur EINEN Weg, das gibt es
physikalisch garnicht. Auch im einfachsten Fall verteilt sich der
Rückstrom mit einem Maximum unter dem Signalweg, siehe die Darstellung
aus der "Bibel" Hi-Speed Digital Design von Johnson und Graham.
Georg
Hallo,
Empfehlenswert sind die Bücher vor Eric Bogatin der Guru zur EMV und
regeln der Platine Layout.
In der Regel bei Platinen alles unter 1MHz kann mann fluten. Alles
oberhalb den 1MHz nicht weil hier den Eigenschaften der Kondensatoren
und Spule sich Frequenzabhangig ändern.
Ein schlechte Hochfrequenztechniker flutet immer.
Bauteilen: bei Opamps ist es auch wichtig ein leere Fläche unterhalb
den eingangs pins zu haben wegen kapazitiven einKopplung. Bei Buck/boost
Topologien ist es sinnvoll den Datenblatt zur Bauteil durchzulesen!
Bissiger Hund schrieb:> Auch sollte man sich> die Unsitte verkneifen UNNÖTIG schnelle Logikfamilien zu wählen um> vermeidbare Überschwinger schon von vornherein zu unterbinden
Leider lässt sich das kaum vermeiden. Die Fertigungstechnologie von
Halbleitern setzt auf immer größere Wafer mit immer kleineren Strukturen
um eine maximale Nutzenausbeute zu erhalten. Je kleiner allerdings die
Strukturen der Bauteile im Chip werden umso schneller werden sie auch
zwangsläufig. Außerdem will die Chipindustrie die Schaltflanken
möglichst kurz haben, denn die sind der Bereich beim Mosfet, wo die
meisste Wärme entsteht. Will man also einen möglichst kalten Ic muss man
die Schaltflanken so kurz halten wie möglich.
Als Layouter bleibt somit nur, durch externe Maßnahmen der Störwut
selbiger ICs zu begegnen.
Deshalb muss ein guter Layouter heute viel mehr von der Physik hinter
der Schaltung verstehen als noch vor 20 Jahren nötig war.
In den Anfängen waren Layouter zumeisst technische Zeichner, die findet
man heute nahezu gar nicht mehr an dieser Position.
Christian B. schrieb:> Bissiger Hund schrieb:>> Auch sollte man sich>> die Unsitte verkneifen UNNÖTIG schnelle Logikfamilien zu wählen um>> vermeidbare Überschwinger schon von vornherein zu unterbinden>> Leider lässt sich das kaum vermeiden.
In vielen Fällen (und gerade bei Logik) ist das sehr wohl möglich.
> Die Fertigungstechnologie von Halbleitern setzt auf immer größere Wafer> mit immer kleineren Strukturen um eine maximale Nutzenausbeute zu> erhalten. Je kleiner allerdings die Strukturen der Bauteile im Chip> werden umso schneller werden sie auch zwangsläufig.
Die Dauer der Schaltflanken hängt aber nicht von der Größe der meisten
anderen internen Strukturen ab, sondern nur von der Stärke der
Ausgangstreiber. Und da gibt es durchaus Familien, die absichtlich
schwache, langsame Ausgangstreiber haben (z.B. AHC, AUP), oder die mit
zusätzlichem Aufwand die Ausgangsimpedanz während des Umschaltens
ändern, um Überschwinger zu vermeiden (z.B. AVC, AUC; siehe
http://www.ti.com/lit/pdf/scea027).
> Außerdem will die Chipindustrie die Schaltflanken möglichst kurz haben,> denn die sind der Bereich beim Mosfet, wo die meisste Wärme entsteht.
Bei langsamen Signalen macht das nichts aus. Deswegen erlauben es auch
viele Mikrocontroller, die Treiberstärke der GPIO-Ausgänge zu
konfigurieren.
Bastiaan Pierik schrieb:> In der Regel bei Platinen alles unter 1MHz kann mann fluten.
Nein, siehe Audioverstärker, beim Fluten würde man den Sternpunkt
zerstören.
Clemens L. schrieb:> Die Dauer der Schaltflanken hängt aber nicht von der Größe der meisten> anderen internen Strukturen ab, sondern nur von der Stärke der> Ausgangstreiber.
FALSCH! Sie hängt vor allem von der Schaltgeschwindigkeit ab! Es ist ein
Irrtum anzunehmen, daß die kapazitive Last eines Ausgangs allein die
Geschwindigkeit bestimmt. Das stimmt so einfach NICHT!
> Und da gibt es durchaus Familien, die absichtlich> schwache, langsame Ausgangstreiber haben (z.B. AHC, AUP),
Oder welche, bei denen es den Entwicklern einfach scheißegal war 8-0
Beitrag "Re: Differnz-Signal für WS2812B"
Falk B. schrieb:> Clemens L. schrieb:>> Die Dauer der Schaltflanken hängt aber nicht von der Größe der meisten>> anderen internen Strukturen ab, sondern nur von der Stärke der>> Ausgangstreiber.>> FALSCH! Sie hängt vor allem von der Schaltgeschwindigkeit ab!
Reden wir hier von verschiedenen Begriffen? Die Schaltflanke ist t_r
oder t_HL, nicht t_PHL.
Fabian F. schrieb:> Schirmung ist immer ein Notnagel. Besser ist es wenn man die Ströquelle> gleich Räumlich trennt, z.B. indem man die Leistungselektronik deutlich> abgesetzt oder auf einem eigenen Board Plaziert.
Noch besser ist es natürlich, wenn man die Störung aus der Quelle
reduziert. Also beispielsweise Schalttransistoren langsamer schalten
lässt, wenn die Anwendung es hergibt, oder die Ansiegsrate von I/Os
begrenzt.
> Bei den meisten Hobbyanwendungen hat man aber eh selten Frequenzen >1Mhz> und harsche Analog-anforderungen.
Hast du mal einen ATMega einen I/O schalten lassen und von der
Schaltflanke das Spektrum vermessen? Da geht das Spektrum erst bei 100
MHz los, egal, ob der pin mit 10 MHz, oder ein mal am Tag schaltet.
