Hallo, In de App Not "AVR186: Best Practices for the PCB layout of Oscillators" steht folgendes: In case there is only one PCB layer, it is recommended to place a guard ring around the oscillator components and to connect it to the oscillator ground pin Mir ist nicht ganz klar wa damit gemeint ist. Könnte mir da jemand weiter helfen? Danke
Hallo heißt Massefläche um die Leiterbahnen des Quarzes. Evtl auch Gehäuse vom Quarz auf Masse.
>In case there is only one PCB layer, it is recommended to place a guard >ring around the oscillator components and to connect it to the >oscillator ground pin. > >Mir ist nicht ganz klar wa damit gemeint ist. Könnte mir da jemand >weiter helfen? Du sollst einfach eine Leiterbahn um die Oszillatorbauteile (Quarz, Burdencaps) herumführen und mit dem GND-Pin des Mikrocontrollers verbinden, quasi als Schirm. Das soll verhindern, daß digitale Störsignale aus der unmittelbaren Nachbarschaft die Funktion des Oszillators stören. Aber, wenn du es wirklich gut machen willst, dann verwendest du mindestens eine doppelseitige Platine mit zumindest einer lokalen Massefläche unter dem Oszillator. Kai Klaas
> zumindest einer lokalen Massefläche unter dem Oszillator. Aber dann schon mit der "richtigen" Masse. Nicht mit einer, die von irgendwelchen Lastströmen verseucht ist, die dann wieder in den Oszillatorkreis einkoppeln können. In Bildern dort: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/33-Quarz
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Hallo Lothar,
>In Bildern dort: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/33-Quarz
Also, die beiden Bilder von deinem Link gefallen mir nicht so gut. Eine
Massefläche unter den Oszillatorbauteilen ist ein Muß, weil sonst die
Verbindungen strahlen und auch nicht abgeschirmt sind.
Im unteren Bild würde das Quarzgehäuse viel weniger strahlen, wenn du es
mit einer durchgehenden Massefläche verbinden würdest. In deiner Version
findet das gefürchete "pig-tailing" statt. Dabei legen die
Spannungsabfälle der Ströme durch die Burdencaps und die Masserückströme
vom Quarzgehäuse die Massefläche unter dem Quarzgehäuse hoch.
Du hast Recht, wenn du sagst, daß digitale Signale nicht in
unmittelbarer Nähe des Oszillators oder unter den zugehörigen Bauteilen
geroutet werden sollten.
Die Anschlüsse sollten generell so kurz wie irgendmöglich ausgeführt
werden, beispielsweise wie im Anhang für bedrahtete Bauteile gezeigt.
(In diesem Beispiellayout sind keine anderen Leiterbahnen und auch nicht
die sonst üblichen Vias gezeichnet!)
Kai
> Eine Massefläche unter den Oszillatorbauteilen ist ein Muß, weil sonst die > Verbindungen strahlen und auch nicht abgeschirmt sind. Dann mußt du auch einen Deckel drauf bauen... :-o > Im unteren Bild würde das Quarzgehäuse viel weniger strahlen, > wenn du es mit einer durchgehenden Massefläche verbinden würdest. Schlecht für EMV-Abstrahlung ist, wenn der Quarz auf eine "allgemeine" Massefläche einkoppelt, und die als Antenne nimmt. Es ist ein Irrglaube, zu meinen, wenn eine Störung mal auf Masse ist, dann ist sie nicht mehr da. > Dabei legen die Spannungsabfälle der Ströme durch die Burdencaps und die > Masserückströme vom Quarzgehäuse die Massefläche unter dem Quarzgehäuse > hoch. Hast du das gemessen? Ich habe Messungen zum Thema gemacht... Deine Lösung schneidet da denkbar schlecht ab. Allerdings ist wenigstens die Ankopplung der Lastkondensatoren sehr gut.
>Ich habe Messungen zum Thema gemacht...
Was hast du für Messungen gemacht?
Kai
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Hallo Lothar, >>Eine Massefläche unter den Oszillatorbauteilen ist ein Muß, weil sonst >>die Verbindungen strahlen und auch nicht abgeschirmt sind. >Dann mußt du auch einen Deckel drauf bauen... Wie dieses Diagramm zeigt, kann eine Massefläche die Kapazität zwischen benachbarten Signalen und damit die kapazitive Kopplung sehr effektiv verringern. Für von außen auf die Platine angreifende elektrische Felder hilft die Massefläche unter den Signalen ebenfalls, indem sie dafür sorgt, daß die meisten Feldlinien auf der Massefläche enden und nur ein Bruchteil auf den Leiterbahnen. Also, die Massefläche wirkt abschirmend auch ohne Deckel. Sie muß nur durchgehend sein! Kai
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Dein oberes Bild zeigt einen Quarz ohne Massefläche: http://www.lothar-miller.de/s9y/uploads/Bilder/Quarz.gif Atmel, beispielsweise, empfiehlt dagegen, immer eine Massefläche unter dem Oszillator zu plazieren, wie der Anhang zeigt. Dies nicht nur wegen der Abstrahlung, sondern vor allem zur Abschirmung gegen Störungen. Kai
>Wie dieses Diagramm zeigt,
Schön, aber eine Quellenangabe wäre schon angebracht.
Auch die "application note AVR186" selbst http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8128.pdf empfiehlt zur Abschirmung eine Massefläche unter dem Oszillator. Kai
Hallo Stefan, >Schön, aber eine Quellenangabe wäre schon angebracht. Stammt aus einer alten Application Note von Philips: http://eupt2.unizar.es/asignaturas/ittse/Diseno_electronico/ESG89001philips.pdf Kai Klaas
Kai Klaas schrieb: > Dein oberes Bild zeigt einen Quarz ohne Massefläche: > > http://www.lothar-miller.de/s9y/uploads/Bilder/Quarz.gif > > Atmel, beispielsweise, empfiehlt dagegen, immer eine Massefläche unter > dem Oszillator zu plazieren, wie der Anhang zeigt. > > Dies nicht nur wegen der Abstrahlung, sondern vor allem zur Abschirmung > gegen Störungen. > > Kai Ja, schon. Aber da steht "local plane". Das heißt eine kleine Abschirmfläche dir nur dort lokal ist und an einer Stelle mit dem Rest der Ground plane verbunden ist. Das muss so sein, weil sonst hohe/störende Ströme durch die Ground plane fließen könnte, die ja dann keine Abschirmung mehr ist, sondern Antenne. Hat er aber auch oben geschrieben.
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Hallo Simon,
>Ja, schon. Aber da steht "local plane".
Lies noch mal genau den Anhang. Im Satz vor dem rot unterstichenen
steht, daß die Burdencaps direkt mit der Massefläche verbunden werden
sollen. Erst danach kommt die Einschränkung, was zu tun ist, wenn das
Board keine Massefläche hat, dann nämlich zumindest eine lokale
Massefläche vorzusehen.
Kai
> Was hast du für Messungen gemacht? EMV Abstrahlung zum Thema Block-Kondensatoren, Schaltregler und Oszillatoren > Stammt aus einer alten Application Note von Philips: Ja, alte App-Notes gibts auch, da werden einfach 100nF-Entkopplungs-kondensatoren in die Nähe der Chips verbaut. Heute weiß man das besser, und entkoppelt direkt den Stromfluss im/am IC mit Kondensatoren ab 1nF aufwärts (je nach Störfrequenz) ... > Dein oberes Bild zeigt einen Quarz ohne Massefläche: > http://www.lothar-miller.de/s9y/uploads/Bilder/Quarz.gif Richtig, aber bitte nicht ganz aus dem Zusammenhang reissen ;-) Am schlechtesten schneidet bei EMV-Messungen das Oszilatorlayout ab, das auf irgendeine Art in die "allgemeinen" Versorgungslayer (GND, Vcc) einkoppeln kann. > Also, die Massefläche wirkt abschirmend auch ohne Deckel. > Sie muß nur durchgehend sein! In welcher Weise sollte die Massefläche denn schirmen? Indem sie die Störstrahlung aufnimmt? Und wenn sie die dann hat: wohin damit? In Wirbelstromverluste umwandeln? Nein, diese Störstrahlung wird postwendend an die Umgebung abgestrahlt. EDIT: > Im Satz vor dem rot unterstichenen steht, daß die Burdencaps > direkt mit der Massefläche verbunden werden sollen. Ganz besonders steht im Satz nach dem unterstrichenen, dass diese Fläche direkt mit dem Massepin des uCs verbunden werden soll. Man könnte es ohne diese Tipps noch wesentlich schlechter machen :-o
Lothar, >> Dein oberes Bild zeigt einen Quarz ohne Massefläche: >> http://www.lothar-miller.de/s9y/uploads/Bilder/Quarz.gif >Richtig, aber bitte nicht ganz aus dem Zusammenhang reissen ;-) >Am schlechtesten schneidet bei EMV-Messungen das Oszilatorlayout ab, das >auf irgendeine Art in die "allgemeinen" Versorgungslayer (GND, Vcc) >einkoppeln kann. Dein oberes Bild zeigt einen Oszillator gänzlich ohne Massefläche. In allen Publikationen zu diesem Thema wird eine Massefläche unter dem Oszillator dringend empfohlen und sei es nur eine lokale. Lies bitte was beispielsweise in der AVR186 steht über die Hochohmigekt des Oszillator-Eingangs und über die Notwendigkleit den Oszillator mit einer Massefläche (zumindest einer lokalen) abzuschirmen. Was ziehe ich hier aus dem Zusammenhang? Empfiehlst du jetzt eine (zumindest lokale) Massefläche unter dem Oszillator oder sagst du, daß es besser ist sie wegzulassen? >In welcher Weise sollte die Massefläche denn schirmen? Hallo? Du weißt nicht wie eine Massefläche schirmt? Kai
Lothar Miller schrieb: >> Also, die Massefläche wirkt abschirmend auch ohne Deckel. >> Sie muß nur durchgehend sein! > In welcher Weise sollte die Massefläche denn schirmen? Indem sie die > Störstrahlung aufnimmt? Und wenn sie die dann hat: wohin damit? In > Wirbelstromverluste umwandeln? > Nein, diese Störstrahlung wird postwendend an die Umgebung abgestrahlt. http://de.wikipedia.org/wiki/Faradayscher_K%C3%A4fig
Mein Gott, wenn da keine enge Kopplung zur jeweiligen rückführenden Leitung ist (hin und wieder die sog. Masse) dann spannt man u.U. eine beachtliche Leiterschleife auf. Ergo produziert man Störungen und wird empfindlichen gegenüber solchen.
@ Simon K. Zitat:
1 | Der Faradaysche Käfig (auch Faraday-Käfig) ist eine allseitig geschlossene Hülle ... usw. usf. |
Hmmmm ... > dann spannt man u.U. eine beachtliche Leiterschleife auf. Richtig: die 3 Stromschleifen im Quarzoszillator gilt es klein zu halten und die Ströme nicht auf der ganzen Platine herumzuscheuchen. Damit ist schon das meiste gewonnen. >> In welcher Weise sollte die Massefläche denn schirmen? > Hallo? Du weißt nicht wie eine Massefläche schirmt? Doch, aber man kann eine Fläche (egal ob sie Masse oder Vcc oder Antenne heißt) auch super zur Abstrahlung und zum Empfang von Störungen verwenden. > Empfiehlst du jetzt eine (zumindest lokale) Massefläche unter dem > Oszillator oder sagst du, daß es besser ist sie wegzulassen? Für meine Schaltungen gilt: Am besten: mache eine lokale Fläche unter dem Quarz und führe die über den Oszillator-GND-Anschluss des uCs auf GND. Wenn das nicht geht: stelle den Quarz komplett frei. Auf keinen Fall: führe den Quarz auf "die Masse", in der alle möglichen Ströme herumvagabundieren. In jedem Fall: sorge dafür, dass keine anderen Signale unter dem Quarz durchgehen. Damit fahre ich gut damit, die Schaltungen funktioneren und ich habe keine Probleme bei den EMV-Messungen ;-)
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Hallo Lothar, >Hmmmm ... Wahrscheinlich hast du dir nicht einmal die Mühe gemacht, die Grafik, die ich im Anhang noch einmal anfüge, auch nur anzuschauen. Versuch zu verstehen, was dort gezeigt wird. Versuch zu verstehen, wieso eine einseitige Massefläche zwei Signale voneinander abschirmen kann, auch ohne daß ein Faradayischer Käfig benutzt wird. Ein Tipp: Die Kapazität zwischen den Signalen, also das, was zwei Siganle kapazitiv koppelt und empfindlich macht für gegenseitige kapazitive Einkopplungen geht bei der Anordnung mit der Massefläche gegen Null. Anschaulich betrachtet heißt das, daß die elektrischen Feldlinien der beiden Leiter beinahe zur Gänze auf der Massefläche enden und sich kaum noch eine Feldlinie zum benachbarten Leiter verirrt. >Doch, aber man kann eine Fläche (egal ob sie Masse oder Vcc oder Antenne >heißt) auch super zur Abstrahlung und zum Empfang von Störungen >verwenden. Ja, aber ein Rückstrom in einer Massefläche strahlt doch immer erheblich geringer, als der gleiche Rückstrom entlang einer dünnen Leiterbahn. Das erschließt sich doch auch ohne jegliche Berechnung. Warum werden sonst wohl überhaupt Masseflächen verwendet? Der eigentliche Vorteil der Massefläche beim Quarzoszillator ist die Abschirmung gegen elektrische Felder, die sonst kapazitiv in den Oszillatoreingang einkoppeln und schwere Störungen machen können. Schau dir noch mal die Grafik im Anhang an und versuche zu verstehen, wie die Massefläche als Abschirmung funktioniert. >Am besten: mache eine lokale Fläche unter dem Quarz und führe die über >den Oszillator-GND-Anschluss des uCs auf GND. >Wenn das nicht geht: stelle den Quarz komplett frei. Warum sollte das nicht gehen, wenn du das Layout machst? >Auf keinen Fall: führe den Quarz auf "die Masse", in der alle möglichen >Ströme herumvagabundieren. Warum hast du solche Panik vor der Masse auf der ja angeblich soviele Ströme vagabundieren? Es ist der ruhigste Ort auf deiner Leiterplatte! Natürlich ändert sich das, wenn du Aussparungen in deiner Massefläche machst. >In jedem Fall: sorge dafür, dass keine anderen Signale unter dem Quarz >durchgehen. Das ist richtig! >Damit fahre ich gut damit, die Schaltungen funktioneren und ich habe >keine Probleme bei den EMV-Messungen Dann muß ja alles richtig sein, nicht wahr? Aber du empfiehlst mit dem Weglassen der Massefläche etwas, was im Widerspruch zu den Empfehlungen aller Hersteller steht. Kein guter Rat für einen Anfänger... Ich muß zugeben, daß ich beim Studium der einzelnen Herstellerempfehlungen auch Passagen gefunden habe, in der eine abgesetzte Massefläche, also ein lokale Massefläche innerhalb einer globalen, angeraten wird. Das ist immer auch eine Frage der aktuell herrschenden Lehrmeinung und damit des Erscheinungsdatums der Applikation Note. Aber nicht ein einzige empfiehlt die Massefläche wegzulassen, sondern ganz im Gegenteil. Kai
Oh Mann, ich weiß. Ich grab nen Uralten Text aus, aber das Thema passt. Was anders habe ich nicht in der Suchfunktion gefunden. Mal was zum grundsätzlichen Verständnis: Ein Guard Ring wird nur für den Oszillator verwendet? Wenn ich auf meiner Schaltung einen µC mit einem Oszillator betreibe, muss ich mir dann um den µC keine Sorgen zwecks Abschirmung machen? Der Controller arbeitet dann doch genauso wie der Quarz mit einer Taktung (z.B. 8mhz). Kann ich unter dem µC bedenkenlos Leitungen verlegen? Trifft dies nur auf Signalleitungen zu, oder auch auf Versorgungsleitungen (in die die Störfrequenz doch auch eingestrahlt wird)? In einem Datenblatt habe ich sogar die Empfelung gelesen, die Versorgungsleitungen unter dem µC herzuführen, um die Schleifen klein zu halten. Ist dies aus EMV Sicht wirklich empfehleswert? Muss der Guard Ring (oder z.B. die Massefläche auf einem 2 lagigen Board) nicht auch den µC abschirmen? Über Meinungen und Denkanstöße würde ich mich freuen. Grüße!
Tommy schrieb: > Ich grab nen Uralten Text aus, aber das Thema passt. > Was anders habe ich nicht in der Suchfunktion gefunden. Du hättest eher nach Entkopplungskondensator oder Blockkondensator oder Abblockkondensator suchen müssen... > Kann ich unter dem µC bedenkenlos Leitungen verlegen? Trifft dies nur > auf Signalleitungen zu, oder auch auf Versorgungsleitungen (in die die > Störfrequenz doch auch eingestrahlt wird)? Ja und ja. Auf deinen Versorgungsplanes sollten keine Störungen sein, denn die sind ja durch die Blockkondensatoren schon an den IC-Pins abgefertigt worden. > In einem Datenblatt habe ich sogar die Empfelung gelesen, die > Versorgungsleitungen unter dem µC herzuführen, um die Schleifen klein zu > halten. Ist dies aus EMV Sicht wirklich empfehleswert? Es gibt etwa 1234567 verschiedene Theorien, wie das richtig wäre. Wichtig ist, dass idealerweise gar keine Störungen aus den Versorgungsanschlüssen des ICs herauskommen. Weil sie das aber doch tun, müssen sie gleich dort am Schopf gepackt und mit den erwähnten Blockkondensatoren aufgeräumt werden. Der Klassiker ist zu finden im Beitrag "Abblockkondensatoren, wie routen?" ;-)
Kai Klaas schrieb: >>Damit fahre ich gut damit, die Schaltungen funktioneren und ich habe >>keine Probleme bei den EMV-Messungen > Dann muß ja alles richtig sein, nicht wahr? Aber du empfiehlst mit dem > Weglassen der Massefläche etwas, was im Widerspruch zu den Empfehlungen > aller Hersteller steht. Kein guter Rat für einen Anfänger... Zu dem nicht mehr ganz frischen Beitrag möchte ich auch noch was loswerden. Ich habe vor kurzem ein vierlagiges Layout erstellt und im Vorfeld die Homepage von Lothar Miller besucht. Ich habe seine Methoden angewandt, d.h. sie nicht einfach kopiert sondern nachvollzogen. Das Ergebnis war ein EMV-Testergebnis mit -20dB bei Abstrahlung und ordentlichem Abstand gegen Störeinstrahlung. >Kein guter Rat für einen Anfänger... Mein Fazit ist, dass es allemal sinnvoller ist den Empfehlungen eines echten Praktikers wie Lothar zu folgen als sich auf Hersteller-Dokumentation zu verlassen.
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