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Forum: Platinen Abstand VCC - GND Plane


Autor: Igor (Gast)
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Hallo zusammen,

ich habe schon öfter gelesen, dass zwischen VCC und GND Plane ein 
möglichst geringer Abstand von Vorteil ist. Rein vom Gefühl her ist das 
für mich auch einleuchtend. Troztdem würde ich mich gerne mit den 
Ursachen und den daraus resultierenden Einflüssen genauer beschäftigen. 
Kennt jemand von euch evtl. einen Artikel oder andere Literatur speziell 
zu dem Thema?

Autor: Falk Brunner (falk)
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GND/VCC bilden einen Plattenkondensator mit äußerst geringer 
Induktivität und kleiner Kapazität. Dieser kann selbst bei sehr hohen 
Freqeunzen im Bereich über 1GHz noch gut Strom liefern.

MFG
Falk

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Fuer die modernen Beduerftnisse, aka FPGA, sollte der Lagenabstand aber 
leider kleiner als 50um sein. Das fertigt aber niemand so.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Nebliger Pfad (Firma: vorgestern) (hacky)

>Fuer die modernen Beduerftnisse, aka FPGA, sollte der Lagenabstand aber
>leider kleiner als 50um sein.

Immer diese Akademiker. Es wurde schon TAUSENDE FPGA-Borad mit 200um und 
mehr gebaut, und die laufen super!
Der VCC/GND Kondensator ist nur EIN Teil von vielen, welche das FPGA 
antreiben!

> Das fertigt aber niemand so.

Wozu auch?

MFG
Falk

Autor: Thomas W. (wollibk)
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Hi,

also 50um ist bei uns (Industriell, Profibereich) seit Jahren Standard.

Hier gibts es einige interessante Artikel zum Thema:

http://www.emv.biz/downloads/fachartikel/

Gruss, Thomas

Autor: Igor (Gast)
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Ok, das mit dem Plattenkondensator habe ich so schon öfter gehört.
Auf emv.biz gibts ja auch einige Artikel, in denen geschrieben ist, dass 
bei hohen Frequenzen die Planes eben nicht mehr nur als 
Plattenkondensator gesehen werden darf. Mich würde weitergehende 
Literatur interessieren, d.h. was für Auswirkungen hat ein geringerer 
Abstand z.B. auf die Abstrahlung eines Boards usw.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Igor,

>ich habe schon öfter gelesen, dass zwischen VCC und GND Plane ein
>möglichst geringer Abstand von Vorteil ist. Rein vom Gefühl her ist das
>für mich auch einleuchtend.

Nicht nur zwischen Vcc und GND, sondern auch zwischen schnellen Signalen 
und GND!!

Je kleiner die Abstände, um so stärker ist das vom Signal herrührende 
Magnetfeld direkt unter der Leiterbahn konzentriert. Das ist besonders 
wichtig, wenn analoge und digitale Schaltungsteile auf ein- und 
derselben Platine vorkommen. Damit das für alle schnellen Signale 
optimal klappt, muß deshalb unter jeder Leiterbahn eine möglichst 
zusammenhängende Massefläche existieren und der Abstand zu ihr möglichst 
gering sein.

Kai Klaas

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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Kai Klaas schrieb:

> Nicht nur zwischen Vcc und GND, sondern auch zwischen schnellen Signalen
> und GND!!

Nein, das gilt erstmal nur für dein Powersystem (Vcc + GND), hier will 
man eine möglichst geringe Impedanz erreichen. Bei deinen schnellen 
Signalen will man möglichst genau eine ganz bestimmte Impedanz 
erreichen, zum Bleistift 50 Ohm. Umso näher die Signale an die 
Referenzplane kommen, desto schmaler müssen sie werden, um bei einer 
bestimmten Impedanz zu bleiben.

Ein Beispiel: Der Abstand Toplage zu nächsten Innenlage beträgt 100µm, 
der Leiterzug ist 150µm breit, damit ergibt sich eine Impedanz ca.50 
Ohm. Ändern wir den Abstand von 100µm auf 50µm, so landen wir bei ca.33 
Ohm.
Eine Fehlanpassung, Reflexionen drohen ! ;-)
Um wieder auf 50 Ohm zu kommen, müsste man den Leiterzug schmaler 
machen:
er müsste ca.60µm schmal sein; das lässt sich der LP-Hersteller gut 
bezahlen (und kann nicht jeder)!

Gruss Uwe

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>> ..50um
>> Das fertigt aber niemand so.
>
>Wozu auch?

ich war an einem Vortrag, da war genau das das Thema. Die FPGA 
Hersteller spezifizieren an jeden Power pin einen Kondensator, sehr 
nahe. Das "sehr nahe" ist eine Frage der Frequenz. Bei einem 500MHz FPGA 
muss man mit Frequenzanteilen von ueber 3GHz rechnen. Also sind die 
Kondensatoren innerhalb ein paar mm. Mach das mal bei zB 768 Baellchen. 
Das ist nur machbar, wenn das Board selbst der Kondensator ist. Die 
haben das simuliert, und fanden das Board muesse Lagen mit 50um haben.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Nebliger Pfad (Firma: vorgestern) (hacky)

>nahe. Das "sehr nahe" ist eine Frage der Frequenz. Bei einem 500MHz FPGA
>muss man mit Frequenzanteilen von ueber 3GHz rechnen.

Kommt schon hin.

> Also sind die
>Kondensatoren innerhalb ein paar mm. Mach das mal bei zB 768 Baellchen.

Nicht einfach, schon klar. Aber es gibt u.a. BGAs mit "Loch" in der 
Mitte, wo keine Balls sind. Und 0402er Kondensatoren, wer will noch 
kleiner. Und Blind VIAs. Und und und.

>Das ist nur machbar, wenn das Board selbst der Kondensator ist. Die
>haben das simuliert, und fanden das Board muesse Lagen mit 50um haben.

Und du glaubst das alles so einfach?

Eine Simulation ALLEIN sagt gar nichts, sie muss durch Messungen 
abgesichert werden. Man kann sonst mal fix jeden Unsinn 
zusammensimulieren.

Digital-ICs funktionieren oft auch dann recht gut, wenn die Theorie sagt 
es geht nicht. NEIN! Ich propagiere nicht schlampiges Design, sondern 
möchte darauf hinweisen, dass einige Ansätze auf dem Gebiet arg 
theoretischer Natur sind.

MFG
Falk

Autor: MaWin (Gast)
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> und fanden das Board muesse Lagen mit 50um haben

Dann sagt man den Leuten halt:
Nehmt euren Scheiss FPGA wieder mit, und kommt erst wieder wenn ihr eine 
Pinbelegungsvariante habt, die man auch einsetzen kann.

Es ist aber zu vermuten, daß sie ein Leiterplattenlayout haben, welches 
taugt.

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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MaWin schrieb:
> Dann sagt man den Leuten halt:
> Nehmt euren Scheiss FPGA wieder mit, und kommt erst wieder wenn ihr eine
> Pinbelegungsvariante habt, die man auch einsetzen kann.

Ich bezweifel, das du das deinem Kunden so sagen würdest !! Eher wird 
man ihm drauf aufmerksam machen, das man 2 oder mehr Signallagen 
zusätzlich benötigt, exklusive der evtl. nötigen Referenzlagen.
Bei einem Serien-Produkt wird man sich das zweimal Überlegen, bei einem 
Unikat ist es gelegentlich egal.

Gruss Uwe

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Uwe,

>Bei deinen schnellen Signalen will man möglichst genau eine ganz
>bestimmte Impedanz erreichen, zum Bleistift 50 Ohm.

Dennoch ist es in gemischt analog digitalen Sytemen ein erheblicher 
Unterschied, ob man eine 2Lagen- oder 4Lagen-Platine verwendet. Auch 
dann, wenn keine Vcc-Plane zum Einsatz kommt.

Kai Klaas

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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Hallo Kai,

>Bei deinen schnellen Signalen will man möglichst genau eine ganz
>bestimmte Impedanz erreichen, zum Bleistift 50 Ohm.

>> Dennoch ist es in gemischt analog digitalen Sytemen ein erheblicher
>> Unterschied, ob man eine 2Lagen- oder 4Lagen-Platine verwendet.

Natürlich ist es ein Unterschied, ob ich 2 Lagen mehr oder weniger habe, 
logisch; so hab ich mehr Platz zum Routen, brauche weniger Lagenwechsel 
(Vias) etc. Das hat aber primär mit Impedanzen nix zu tun.

Über die Anzahl der Lagen endscheidet die Komplexität der Schaltung und 
der zur Verfügung stehende Platinenraum, z.T. auch die Geometrie der 
verwendeten Bauteile (z.B. BGAs), Trise/ Tfall (interessant für 
Impedanzen), den Anforderungen an Signalintegrität/ EMV u.v.m. - diese 
Parameter bestimmen auch die Wahl für oder gegen die Verwendung von 
Planes.
Ob die Schaltung dann gemischt analog/ digital ist provokatorisch 
gesprochen erstmal egal ;)

> Auch dann, wenn keine Vcc-Plane zum Einsatz kommt.
Naja, in gemischt analog/ digitalen Sytemen würde ich erstmal, ohne eine 
Schaltung gesehen zu haben, zur Verwendung von Planes raten. Bei 
privaten Basteleien gehts aber sicher ohne ...
Manchmal braucht man wirklich keine Powerplane(s), trotzdem aber einen 
Multilayer. So was hab ich auch schon in Form diverser Adapterplatinen 
gemacht. Das waren jedoch meist irgendwelches DC-Sachen.

Gruss Uwe

Kann es sein, das wir vom eigentlichen Thema abdriften ?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Kann es sein, das wir vom eigentlichen Thema abdriften ?

Dann will ich auch nicht näher auf deine Ausführungen eingehen...

Kai Klaas

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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> Dann will ich auch nicht näher auf deine Ausführungen eingehen...

War nicht böse gemeint, Igor ging es ja um die Auswirkungen von 
kapazitiven Powerplanes und nicht um die Anzahl von Lagen :)
Ich finde beide Themen interessant und neige deshalb selbst zum 
abdriften.

Gruss Uwe

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