EMV Abschirmung durch Masseflächen

Interessante Frage ...

Wenn ich mir die Ausgabe von so einer Feldberechnung ansehen (siehe 
Anhang) würde ich sagen hervorragend, aber die in die Fläche induzierten 
Ströme erzeugen ja auch wieder ein Feld ...

Vielleicht was ja einer der HF-Spezialisten hier mehr :-)

Ja. aber diese induzierten Stroeme wirken dem Feld entgegen. Und sind 
nur die Eindringtiefe tief. Was bedeutet, die Schirmung geht nicht auf 
Frequenz Null hinunter.

Für niedrige Frequenzen ist die Schirmung wieder sehr gut.

Im HF Bereich ist sie allerdings in Abhängigkeit vom Skin Effekt 
durchlässsig. Die Kupferflächen sind ja nu in einem PCB nicht so 
wirklich dick ;-)

Wobei hier echt mal ein paar Zahlen interessant wären, habe ich bisher 
auch noch nicht länger darüber nachgedacht ...

Nein, fuer niedrige Frequenzen verschwindet die Daempfung des 
magnetischen Feldes. Fuer niederfrequente Schirmeung ist daher 
Eisenblech besser geeignet als kupfer.

Zacc, wie kommst du eigentlich auf die Idee, dass es hier nur um 
Magnetfelder geht?

Bei niedrigen Frequenzen verschwindet das Feld, da wirkt die 
Kupferfläche ja wie eine Äquipotentialfläche.

Das habe ich gefunden:

Zahlen: Bei Kupferschichtdicke von 1um ergibt sich bei 100Mhz eine 
Felddämpfung von 75 dB

Wie das wohl bei 100kHz aussieht?

"Abschirmen" heißt letztlich ja auch "Ableiten von Störströmen" und da 
kommmt wieder die Impedanz der Massefläche ins Spiel, die leider nicht 0 
Ohm und nicht 0 Henry ist.

Daß das mit dem Abschirmen nicht ganz so gut klappt, siehst du schon 
daran, daß eine Multilayer Platine oft mehrere Masseflächen enthält. Da 
kann zum Beispiel eine als Rückleiter für eine ganz fiese Clockleitung 
vorhanden sein. Würde diese nicht von den Clocksignalen verseucht, 
könnte man sie ja auch für andere Masserückströme verwenden, tut man 
aber nicht. Sie taugt aufgrund der Spannungsabfälle nicht nur nicht für 
andere Masserückströme, sondern sie kann sogar selbst als Störantenne 
wirken, gegen die man mit einer weiteren Massefläche abschirmen muß.

Wie gut letztlich eine Massefläche abschirmt, hängt also von der 
konkreten Anwendung ab.

Kai Klaas

Das ist ja genau Frage wie gut die Massefläche die einzelnen Signale 
voneinander Abschirmen :-)

Das man mehrere nimmt ist ja alleine schon deswegen notwendig, damit man 
das Crosstalk-Limit mehrerer übereinaderliegender Leitungen nicht 
überschreitet.

Allerdings ist es eigentlich so, dass die "löchrige" Abschirmung bei 
niedrigen HF-Frequenzen doch durch die begrenzte Leitfähigkeit des 
Kupfers kommt. Bei den kurzen Abmessung, die in einem PCB üblich sind 
könnte die Berehnung des Feldprogramms von oben mit den nahezu perfekten 
Schirmung stimmen. In einem PCB baut man schließlich keine Antennen.


Oder liege ich mit der Einschätzung daneben?

Bei Stoerungen muss man immer beide Komponenten betrachten, die 
elektrische, und die magnetische. Nur weil man die eine Komponente in 
einer gewissen Anwendung besser schirmen kann, heisst das noch lange 
nicht, dass man gewonnen hat. Wenn's dumm geht, kommt die andere 
Komponente zum Tragen und macht den ganzen Aufwand fuer die andere 
Komponente wirkungslos. Mit einer elektrischen Schirmung, dh mit einem 
Leiter, kann man das E-Feld schirmen. Sobald aber Strome fliessen, 
koennen auch Stroeme induziert werden. Und diese Induktion passiert uber 
das magnetsche Feld.
Das magnetische Feld induziert zwar Wirbelstroeme, die dem Feld 
entgegenwirken, es aber nicht in jedem Fall aufheben koennen.

Jens, sag doch mal, was für eine konkrete Anwendung du hast.

Kai Klaas

Kai:

Ich habe da keine spezielle Anwendung im Kopf ;-)

Mich hat aber die Fragestellung interessiert, wie gut sich 
Signalleitungen innerhalb eines PCBs voneinander schirmen lassen.

So mal aus theoretischer Sicht.

Aber mit den Masserückströmen hast du natürlich Recht, zu einem gewissen 
Teil haben die natürlich auch Einfluß auf eine "Opferleitung", auch wenn 
ich bisher noch nie etwas von Crosstalk Problemen über Masseflächen 
hinweg gehört habe.

Das Beispiel mit der fiesen Clock, spricht aber für ein PCB mit 
Designfehlern.

>Das Beispiel mit der fiesen Clock, spricht aber für ein PCB mit
>Designfehlern.

Nein, nein, das lernst du genau so in EMV-Kursen.

Kai Klaas

Das wird dann aber zum Schutz der clock Leitungen gemacht, im Gegensatz 
zu Datenleitungen ist es ja für die Perfomanz des Systems wichtig, dass 
die mit möglichst wenig Jitter ankommen.

Hallo,

die Schirmwirkung hängt sehr stark von den verwendeten Geometrien ab.
(Lagenabstand Signallage zu Massefläche).
Bei hohen notwendigen Schirmdämpfungen (z.B. Backplanes) wird immer noch 
zusätzlich mit "Schirmleitungen" auf der Signallage gearbeitet. Mit 
Durchkontaktierungen zur Masselage alle paar cm. (damit ein magnetisches 
Gegenfeld aufgebaut wird).

So ich habe es mal für euch simuliert.

GIF Animation gibt es im Anhang. Wie man sieht ist die Schirmung durch 
Masseflächen so gut, dass kein Feld nach außen dringt.

Na gut einen mach ich noch ... ;-)

Coole Sache, wußte gar nicht dass es solche Software gibt.

Bitte mehr davon :-D

mit welcher software hast du das gemacht ?

sowas kann man mit ansoft hfss oder cst studio machen oder feko oder zig 
andere tools, überhaupt gar kein problem ;)