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Forum: Platinen Versorgungs-Layer vollflächig?


Autor: Gustav (Gast)
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Hallo,

ich versuche mich gerade an meiner ersten 4-fach Layer Platine. Ich habe 
mir folgenden Aufbau überlegt:

Layer 1 Signal
Layer 2 GND
Layer 3 VCC
Layer 4 Signal

So weit, so gut. Vias gehen (aus Kostengründen) immer komplett durch.

Mein Problem ist jetzt der Layer 3 für VCC. Ist es sinnvoll diesen 
flächig zu füllen, oder sollte ich da einzelne Bahnen ziehen? Entsteht 
bei einer flächigen VCC Ausführung eine Kapazität zwischen VCC und GND 
die mir Probleme bereiten kann?

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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Gustav schrieb:
> Entsteht
> bei einer flächigen VCC Ausführung eine Kapazität zwischen VCC und GND
> die mir Probleme bereiten kann?

Genau das Gegenteil passiert... die beiden Flächen bilden ein großen 
Kondensator der dir HF wegfängt bzw. die VCC buffert

Autor: Moritz (Gast)
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So ist es !!!
Die Kapazität kommt dir hier zu Gute.
Genau das will man damit erreichen. HF kapazitiv kurzschließen.

Gruß

Autor: Gustav (Gast)
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Danke für die Info.

Meine Intention für 4 Lagen war eigentlich eine optimierte 
Masse-Anbindung und Platzproblem aufgrund enger Bestückung. Somit ist 
der HF-Killer und der VCC-Buffer ein zusätzlicher Benefit.

Autor: Uwe (Gast)
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Hallo Gustav (Gast),

das funktioniert aber nur, wenn die Vcc und GND Lagen relativ dicht 
beieinanderliegen. Und dicht bedeutet wenigstens 100µm, besser noch 
weniger. Ansonsten hast du keinen spürbaren Effekt.

Wenn dein Board Standard Dicke (1.5mm) hat, wird es ein etwas hässlicher 
Lagenaufbau, weil du einen 100µm oder 50µm Kern hast und den Rest mit 
Prepregs aufüllen musst. Dieses Paket verhält sich etwas "schwammig" in 
der Multilayerpresse und wird eigentlich nicht wirklich gern beim Pcb 
Hersteller gesehen. Auch wenn es geht ...

Gruss Uwe

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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Autor:  Uwe (Gast)
Datum: 19.06.2009 12:36

>das funktioniert aber nur, wenn die Vcc und GND Lagen relativ dicht
>beieinanderliegen. Und dicht bedeutet wenigstens 100µm, besser noch
>weniger. Ansonsten hast du keinen spürbaren Effekt.

Die Kapazität zwischen den Lagen (Plattenkondensator) ist eh winzig, 
irgendwas im Bereich 10pF/cm^2 soweit ich mich erinnere. (Es gab dazu 
mindestens einen Thread mit Falks Beteiligung...) Aber breite oder 
flächige Leiterbahnen für die Versorgungsspannung bedeutet auch 
geringere Induktivität -- die Induktivität einer Leiterbahn ist ja wohl 
umgekehrt proportional zur Breite.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>irgendwas im Bereich 10pF/cm^2 soweit ich mich erinnere.

Beitrag "Re: PCB-Design Theorie und Praxis bei Impedanz und Lagenaufbau"

Autor: Uwe (Gast)
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Moin Stefan,

an diesen Thread erinnere ich mich gut. Aber wir waren mal bei 
ca.50pF/cm^2 ....
Und wie ich damals schon sagte, sind dies optimale Kondensatoren.
Ob dies im hier vorliegendem Fall Sinn macht, ist eine andere Frage, 
schon wegen des sich aus 4 Lagen ergebenden ungünstigen Lagenaufbaus.

Gruss Uwe

Autor: Mille (Gast)
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Hallo,

eine Frage zu dieser Thematik:
Wie gestalte ich den Vcc-Layer, wenn man zwei unterschiedliche
Versorgungsspannunge (+3V3 und +5V) hat?

LG

Autor: Stefan (Gast)
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@Mille

Stichwort: Split planes

Beachte aber, dass du keine Signale über die Split-Grenzen routen 
solltest, wenn die Power-Plane die nächste Plane zum Signal ist, da du 
so einen Loop erzeugst. Siehe dazu auch meinen Link.

Autor: Mille (Gast)
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Danke @ Stefan

... welchen Link meinst du?

Autor: Stefan (Gast)
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Ach ja, der war ja in einem anderen Thread :)
http://www.hottconsultants.com/tips.html

Autor: Mille (Gast)
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Danke für den Link...

Gilt das gleiche, was für die Split-Planes bzgl. unterschiedlicherer
Versorgungsspannungen gilt, auch für verschiedene Massefläche auf
der Ground-Plane?
(digitaler, analoger, power-Ground)

lg

Autor: Stefan (Gast)
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Autor: Mille (Gast)
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Danke...

Die Sache mit Split-Planes beim GND-Layer ist mir noch nicht ganz klar 
muss ich sagen... einerseits hört man immer wieder, die 
unterschiedlichen GND's immer zu trennen und dann an nur einem Punkt 
(welchen eigentlich; beim z.B. Spannungsregler?) zusammenführen. Und auf 
dem Link vom Stefan steht dann, man solle nur eine GND verwenden, jedoch 
die Schaltungsteile sauber trennen und getrennt voneinander routen.

Das mit dem getrennt voneinander routen (also z.B. analoge und 
PWM-Signale)
und auch getrennt voneinander platzieren macht ja Sinn und ist 
einleuchtend. Aber unterstützen Split-Planes dann nicht die ganze Sache 
hinsichtlich EMV?

Noch ne andere Frage:
Wenn man ein 4-Lagen Layout hat mit der quasi-standard Aufteilung
- Signal
- GND
- Power
- Signal

welche Unterschiede macht es, ein Signal auf dem ersten bzw. letzten 
Layer zu routen? Am ersten Layer müsste die Abstrahlung kleiner sein 
aufgrund der kleineren Schleife?

lg

Autor: Alex H. (hoal) Benutzerseite
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Mille schrieb:
> Danke...
>
> Die Sache mit Split-Planes beim GND-Layer ist mir noch nicht ganz klar
> muss ich sagen... einerseits hört man immer wieder, die
> unterschiedlichen GND's immer zu trennen und dann an nur einem Punkt
> (welchen eigentlich; beim z.B. Spannungsregler?) zusammenführen. Und auf
> dem Link vom Stefan steht dann, man solle nur eine GND verwenden, jedoch
> die Schaltungsteile sauber trennen und getrennt voneinander routen.
>
> Das mit dem getrennt voneinander routen (also z.B. analoge und
> PWM-Signale)
> und auch getrennt voneinander platzieren macht ja Sinn und ist
> einleuchtend. Aber unterstützen Split-Planes dann nicht die ganze Sache
> hinsichtlich EMV?

Hier ist es ausführlicher:
http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001p...

Autor: Gustav (Gast)
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>http://www.hottconsultants.com/tips.html

Das ist endlich mal ein guter Einstieg in die Materie. Bislang habe ich 
viel "nach bestem Wissen und Gewissen" gearbeitet. Die Seite ist 
lesenswert. Danke für den Link.

Autor: Mille (Gast)
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Der Link ist wirklich interessant, danke. Das bringt Licht in
die Sache mit der Ground-Plane!

lg

Autor: Mille (Gast)
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Hallo,

jetzt habe ich noch eine konkretere Frage bzgl. den Versorgungs- und 
GND-Planes:

Ich möchte auf meine Platine ein Controllerboard (Infineon TC1797 von 
Phytec) aufsetzen und verwende dazu eine 4-Layer Platine.
Die Verbindung zu meiner Platine wird mit zwei 160poligen Steckern 
gemacht, wobei dort an mehreren Pins +3V3 angeschlossen werden muss 
sowie auch Anschlüsse für die analoge und digitale Masse. Des weiteren 
wird dort auch relativ knapp beisamen die Pins für die analogen Eingänge 
sowie kritische Signale (MSC, SPI, PWM) hinausgeführt.

Folgende Fragen ergeben sich mir dabei bei dem Design der Platine:

- nach allem was ich gelesen habe, ist eine gemeinsame Masse (Plane) bei 
einer guten Aufteilung der Funktionsblöcke am sinnvollsten. Jedoch 
erscheint mir das einwenig schwierig, wenn alles relativ eng beisamen 
liegt. Obwohl das selbe Problem habe ich ja auch, wenn ich direkt vom µC 
weggehe??
Ist das Konzept, dass 
unter"http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001p..."; beschrieben 
ist, auch für große µC's gültig, die verschiedene Signaltypen relativ 
eng beisamen haben?

- wie route ich am besten die kritischen Signal bezüglich den analogen 
Signalen direkt am Stecker des Controllerboards? Macht es eventuell 
Sinn, in so einem Fall Guard-Leitungen zu ziehen? Bei Guard-Leitungen 
handelt es sich eigentlich eh nur um GND-Leitungen, die am Anfang und 
Ende mittels einer Via auf die GND-Plane verbunden sind?

- bis auf die +3V3 des Controllerboards brauchen alle weiteren Bausteine 
auf meiner Platine +5V. Ist es sinnvoll, eine +3V3-Insel unter dem 
Controllerboard auf dem Power-Plane zu machen und den Rest der 
Power-Plane auf +5V? Verbinde ich dann die +3V3-Inseln mit einer 
dickeren Leitung auf der Power-Plane zu dem Spannungsregler und dann mit 
einer Via nach oben?

Danke und LG

Autor: Uwe (Gast)
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Hallo Mille,

> Bei Guard-Leitungen handelt es sich eigentlich eh nur um GND-Leitungen, > die am 
Anfang und Ende mittels einer Via auf die GND-Plane verbunden
> sind?

Das kann eine Lösung sein. Aber etwas an deinem Satz macht mich 
hellhörig:

> "sich eigentlich eh nur um GND-Leitungen,..."

Es ist zuweilen fatal eine gute Idee mit einer halbherzigen Umsetzung zu 
erschlagen. Das eigentliche Problem ist, das du dein GND Guard mit zwei 
armen Vias an Ground anbinden willst (wenn ich das richtig verstanden 
habe)!

Füge entlang deiner Guard Leitung mehrere Vias ein, ansonsten hast du 
eine Antenne. Achte darauf, das deine Guard Leitung das Signal komplett 
einhüllt.
Ach ja, wenn das zu schützende Signal Impedanz definiert ist, komme mit 
der Guard Leitung nicht zu dicht ran. Wenn du Zugriff auf einen Impedanz 
Solver (z.B. von Polar Instruments) hast, kannst du ja mal den Einfluss 
simulieren ...

Schönen Feierabend
Uwe

Autor: Mille (Gast)
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@Uwe: Ok danke für den Tipp bzgl. der Guard-Leitung!

lg

Autor: Mille (Gast)
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Kann man eigentlich Guard-Leitungen auch bentuzen, um etwa analoge 
Leitungen vom Eingangsstecker hin zum µC vor (kapazitiven oder 
induktiven) Einkopplungen auf der Leiterplatte zu schützen?
Macht das Sinn, wird das so gemacht?

lg mille

Autor: geb (Gast)
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natürlich machen Guardleitungen bei Übersprechproblemen immer Sinn. Wenn 
genug Platz ist und man Zeit hat,sollte man am besten jede Leitung damit 
ausstatten. Die frage ist, ob's wirklich relevant ist. bei 
analogsignalen begrenze ich die Bandbreite aufs notwendigste mit einem 
RC-TP ganz knapp vor dem ADC Pin des MC. Das hat immer sehr gute 
resultate gebracht.

Grüße gebhard

Autor: Stefan (Gast)
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Nach meinem Verständnis bringt eine solche "Guard-Leitung" nur etwas 
gegen kapazitive einkopplung. Ich hab's persönlich noch nie benutzt. 
Gegen kapazitive Einkopplung hilft auch genügend Abstand zwischen den 
Leiterbahnen und das vermeiden von Parallelem routing über lange 
Distanzen. Wenn der Platz eng ist, und du digitale und analoge Signale 
nah beieinander routen musst, könnte es aber nützlich sein.

Autor: Mille (Gast)
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Ok danke, dann werd ich mal schauen, dass ich genug Abstand halten kann 
und
diese eventuell, bei genügend Platz, vorsehen!

Danke und schönes Wochenende

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