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Forum: Platinen Massefläche / Physikalische Stromrichtung


Autor: grounder (Gast)
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Hallo,

ich hoffe, meine Frage erscheint nicht zu dämlich. Aber irgendwie habe 
ich ein kleines Verständnispoblem:

Mit Interesse habe ich hier ein paar Threads zum Layout von 
Schaltreglern gelegt. Eine Schlussfolgerung: die Groundanbindung der 
Schaltelemente so platzieren, dass die Rücklaufströme nicht über die 
Groundanbindungen der empfindlichen Teile laufen. Ground wird in einer 
zweilagigen Platine soweit möglich als Plane geroutet um die Impedanzen 
für den rücklaufenden Strom gering zu halten, die potentialtragenden 
Leitungen hingegen werden als Leiterbahnen geroutet.

Jetzt ist es aber doch so, dass die Elektronen physikalisch gesehen von 
Minus nach Plus "laufen", und nicht umgekehrt. Das heißt, der 
rücklaufende Strom läuft in den Pluspol.

Wie passt das mit der obigen Erkenntnis zusammen? Irgendwie widerspricht 
sich das für mich, sollte man nicht eigentlich den Ground als Leiterbahn 
routen und stattdessen eine "Plus-Plane" einbauen?


Danke an jeden, der mir hier meinen Aussetzer aufzeigt :)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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grounder schrieb:
> Eine Schlussfolgerung: die Groundanbindung der
> Schaltelemente so platzieren, dass die Rücklaufströme nicht über die
> Groundanbindungen der empfindlichen Teile laufen.
Das ist nur die halbe Wahrheit...
Richtig wäre:
die Anbindung der Schaltelemente so platzieren, dass die Rücklaufströme
nicht die empfindlichen Teile beeinflussen (können).

Es ist klar, dass jeder Strom, der irgendwo hin geht, auch irgendwo 
herkommen muß. Ein Schaltreglerdesign wird allerdings idR. so ausgelegt, 
dass die Versorgung von den lokalen hochfrequenten Strömen mit 
Kondensatoren entkoppelt ist. In der + und - Leitung zum "Plus" und 
"Minus"-Pol dürfen keine Ströme auftreten, die andere Baugruppen 
stören können. Erst dann ist das SNT richtig ausgelegt.

Autor: bitte löschen (Gast)
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Was die Elektronen machen, ist für diese Frage nicht relevant. 
(Tatsächlich bewegen sie sich nur mit wenigen mm/s.)
Es ist wie mit Schall, der durch die Luft übertragen wird. Die 
Luftmoleküle bewegen sich dabei nur minimal, der Schall wird dennoch mit 
330 m/s übertragen.
Es ist für die Funktion der Schaltung egal, in welche Richtung die 
Elektronen fließen. Theoretisch, bzw. wenn sich z.B. P- und N-Kanal FETs 
"spiegelverkehrt" verhalten würden, könnte man die ganze Schaltung 
umgekehrt aufbauen. Früher hat es auch Schaltungen gegeben, bei denen 
Plus auf Masse lag, bei Autos z.B., wo der Pluspol der Batterie mit der 
Karosserie verbunden war.
Was zählt, ist das Bezugspotential, und das ist (per Definition) nun mal 
GND.
Um bei der physikalischen Stromrichtung zu bleiben:
Die Elektronen drücken vom Minuspol in die GND-Plane. Nun geht z.B. ein 
Leistungs-MOSFET her, und führt jede Menge Elektronendruck (z.B. über 
eine Spule) zum Pluspol ab. Die Elektronen in der GND-Plane fließen 
nach, aber etwas träge, weil sie ja erst das Magnetfeld, was durch ihren 
Fluss entsteht, ändern müssen. Es geht also eine Welle mit 
Elektronenunterdruck durch die GND-Plane in Richtung Minuspol der 
Stromquelle, was sich entlang dieses Weges als Spannungsänderung 
bemerkbar macht. Wenn da jetzt ein Schaltungsteil liegt, der empfindlich 
auf eine solche Spannungsänderung reagiert, ist das suboptimal.
Letztendlich gilt das gleiche auch für die positive Spannung. Wenn der 
eben genannte MOSFET die Elektronen zum Pluspol schieben lässt, geht 
eine Welle mit Überdruck durch die positive Versorgungsleitung. Auch die 
Plus-Leitung kann nicht beliebig verlegt werden, und wird an Bauteilen, 
die plötzliche Stromänderungen verursachen, durch Kondensatoren 
unterstützt.

Ich weiß, dass das jetzt keine sachlich 100%ig korrekte Dissertation zum 
Thema war, aber ich glaube, dass es dem TE hilft, das Problem aus einem 
anderen Blickwinkel zu betrachten und besser zu verstehen.

Autor: Klaus (Gast)
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Philipp Klostermann schrieb:
> Ich weiß, dass das jetzt keine sachlich 100%ig korrekte Dissertation zum
> ...

aber selbst geschrieben !

MfG Klaus

Autor: asd (Gast)
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> Wie passt das mit der obigen Erkenntnis zusammen? Irgendwie widerspricht
> sich das für mich, sollte man nicht eigentlich den Ground als Leiterbahn
> routen und stattdessen eine "Plus-Plane" einbauen?

Das ist egal. Der Stom fließt immer in einem Strom_kreis_, egal ob die 
Elektronen negativ oder positiv sind.
Der Grund dass es einen Massefläche gibt und keine Vcc-Fläche ist dass 
Spannungen als Spannungsdifferenz zu GND gemessen werden, nicht als 
Differnez zu Vcc. Zumindest meistens. Siehe ECL-Logik. Dort wurden alle 
Pegel ggü. der positiven Spannung (dem Plus-Pol) definiert, und es gab 
eine "Masse"-Fläche mit der positiven Spannung. Die andere Spannung (der 
Minus-Pol) war dem gegenüber -5,2V.

Autor: grounder (Gast)
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Danke an Lothar, Philipp und asd!
Ich hatte da in meinen Gedanken GND als Bezugspotential ausgeblendet. 
Ein besonderes Danke für die bildliche Beschreibung mit Unterdruck und 
Überdruck, dass hat mir für das Verständnis gut auf die Sprünge geholfen 
- sicher mehr als es jede Dissertation (egal ob abgeschrieben oder 
nicht) getan hätte ;)

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