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Forum: Platinen Layouten mit 2 Lagen


Autor: Sawyer M. (sawyer_ma)
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Hi,

ich habe eine Frage an euch. Ich Layoute gerade auf 2 Lagen. Leider habe 
ich relativ viele Bauteile auf engem Platz mit 3 verschiedene 
Spannungen. Nun wollte ich auf der Rückseite eine Masse fläche machen. 
Jedoch schaffe ich es dann nicht alles zu routen. Jetzt dachte ich mir 
auf der Rückseite wo eigentlich komplett Masse sein sollte noch meine 
Speisungsleitungen zu verlegen und dann von oben immer mit Vias herunter 
zu kontaktieren.

Die Speiseleitungen würde ich dann als Planes verlegen.

Die Spannungen sind 18V, 5V, -3V und GND.

Kann ich das so machen? Wie macht man es Elegant mit 2 Lagen? Sollte ich 
dann auf der Top Side dann auch alles Masse machen?

Grüße

Autor: Inkognito (Gast)
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Überhaupt keine Massefläche benutzen, wenn man sich nicht sicher ist,
das diese unbedingt nötig ist. Ist nämlich oft nur ne Mode.
Einige machen es vor und jeder findet es schick und macht es nach.

Autor: Dennis X. (debegr92)
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Inkognito schrieb:
> Einige machen es vor und jeder findet es schick und macht es nach.

Muss das halt immer auf das Layout sehen. Meist macht sie Sinn und ist 
absolut gut für das Layout. Manchmal ist sie zwingend notwendig. Schaden 
tut sie nur in ganz seltenen Fällen, wo wir wieder bei 1. Aussage wären.

Autor: Sawyer M. (sawyer_ma)
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Also Route ich zu ende und am Schluss lege ich einfach ne Masse drum 
rum, weil es schadet ja nicht?

Es ist doch so das die Masse auf so einer großen Fläche abschirmt und 
auch eine Kapazität ausbildet, oder? Auch ein großer Vorteil ist einfach 
das man einfach Vias setzt wo man mMasse braucht ohne lange Leiterbahnen 
legen zu müssen wie zum Beispiel an Abblockkondensatoren.

Oder was ist den der Hauptgrund für diese?

: Bearbeitet durch User
Autor: Inkognito (Gast)
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Sawyer M. schrieb:
> Also Route ich zu ende und am Schluss lege ich einfach ne Masse drum
> rum, weil es schadet ja nicht?

Du weißt es doch gar nicht. Layouten kann doch fast jeder De....
Aber wirklich wissen, was er da tut, haben nur wenige.

> Es ist doch so das die Masse auf so einer großen Fläche abschirmt und
> auch eine Kapazität ausbildet, oder?

Eine Kapazität mit der auf der Gegenseite verlegten Leiterbahn.
Es kommt erst mal nicht auf die Leiterbahn an, sondern auf die
elektrischen Eigenschaften derselben und zunächst mal unbekannter
Feldstärke. Die kann rückwirkende Eigenschaften haben, die man
prüfen muss, ob die Ärger machen könnte. Viel hilft viel ist die
falsche Strategie.

> Auch ein großer Vorteil ist einfach
> das man einfach Vias setzt wo man mMasse braucht ohne lange Leiterbahnen
> legen zu müssen wie zum Beispiel an Abblockkondensatoren.

Kurze Leitungen sind ein angestrebtes Design, umso geringer hat man
Ärger mit EMV. Eine planlose Massefläche ist da erst mal nutzlos.

> Oder was ist den der Hauptgrund für diese?

Es gibt eigentlich keinen. Bei HF-Anwendungen haben sich Masseflächen
als Vorteilhaft erwiesen. Bei allen anderen Anwendungen sollte die 
Spannungsversorgung gleich lang bzw. stromgeführt sein.
Dann ist auch die EMV beherrschbar.
Eine Massefläche lässt keine nachvollziehbare Stromführung zu und
es hat schon einige Fälle gegeben, wo diese Unsymmetrie der Versorgung 
Ärger gemacht hat. Fieses Beispiel sind Schaltnetzteile, die immer
wieder mal ein Thema sind.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Sawyer M. schrieb:
> Also Route ich zu ende und am Schluss lege ich einfach ne Masse drum
> rum, weil es schadet ja nicht?
Woher weißt du das? Was, wenn sich eine hübsche Leiterschleife um die 
gesamte Schaltung bildet? Quasi eine einzige Windung eines Trafos, wo 
alles einkoppeln kann?

Dennis X. schrieb:
> Muss das halt immer auf das Layout sehen. Meist macht sie Sinn und ist
> absolut gut für das Layout. Manchmal ist sie zwingend notwendig. Schaden
> tut sie nur in ganz seltenen Fällen, wo wir wieder bei 1. Aussage wären.
Aber wenn man nur 2 Kupferlagen und (Zitat) "relativ viele Bauteile auf 
engem Platz" hat, kann man es sich selten leisten, eine Kupferlage für 
die Masse zu vergeuden...

Autor: Christian B. (luckyfu)
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Sawyer M. schrieb:
> Oder was ist den der Hauptgrund für diese?

Der Hauptgrund ist das verringern der Störabstrahlung durch verkleinern 
sich ausbildender Leiterschleifen.

Dazu musst du folgendes Wissen: Wenn du ein Digitalsignal schaltest, 
entsteht ein Stromfluß in der Signalleitung. Allerdings, und so will es 
die Physik schon seit jeher, kann der Strom nur in einem geschlossenen 
Stromkreis fließen. In dem Fall fließt er auf der Masseleitung zurück. 
Das ist erstmal grundsätzlich so. Spannend wird es, wenn man nun mit 
höheren Frequenzen arbeitet (ab ca. 10kHz!!!) Dann nämlich fließt der 
Rückstrom nicht mehr den kürzesten Weg zwischen Signalquelle und Senke 
sondern direkt unter der Signalleitung entlang. wenn die Signalleitung 
auf einer durchgehenden Massefläche liegt ist das kein Problem, tut sie 
es nicht, muss der Rückstrom Umwege machen -> es bilden sich 
Leiterschleifen auf die wiederum Elektromagnetische Felder erzeugen. Je 
größer die Schleife, desto problematischer wird das.
Um das ganze noch zu verschlimmern zählt hierbei nicht einmal die 
Taktrate sondern die Signalanstiegszeit als Kriterium. Da diese immer 
mindestens das 3 fache der Taktrate ist bedeutet das, du kannst 
prinzipiell nur auf eine Massefläche verzichten, wenn du langsame 
Signale (unter 3kHz) mit langsamen ICs (z.B. OPVs) verarbeitest. sobald 
du Logikgatter einsetzt bist du automatisch in der Problematik, da 
aktuelle ICs aufgrund der immer kleiner werdenden Strukturen 
Signalanstiegszeiten von wenigen ns standardmäßig haben. Das ist dann 
schon im oberen MHz Bereich! (Ein Blick ins Datenblatt zeigt das 
üblicherweise).

Soweit sogut: Wenn du das Design privat einsetzt, ist dir die EMV 
Problematik vermutlich nicht ganz so wichtig, dann kannst du auf die 
Massefläche verzichten. Eine stark zerstückelte Massefläche schadet oft 
genug auch mehr, als daß sie Nützt (Da durch die entstehenden Fragmente 
leicht Antennenstrukturen ausgebildet werden können. Gemäß Murphy wird 
dabei für jede kritische Freuqnez mindestens eine passende Struktur 
entstehen). Sollten die Taktraten der Nutzsignale jedoch über 150kHz 
liegen würde ich mir ernsthaft Gedanken über eine durchgehende 
Massefläche machen. Im Zweifelsfall eine 4 lagige Platine verwenden. So 
viel teurer ist das heute auch nicht mehr.

Autor: Holger K. (holgerkraehe)
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Jeder "hinstrom" hat einen "rückstrom".

Das heisst, wenn du deine Leitung von low nach high schaltest, so prägt 
sich ein em-feld in die leitung ein und daraus resultiert ein strom in 
den umliegenden strukturen.

Der Rückstrom möchte möglichst beim Leiter fliessen.
Dies ermöglicht man ihm durch eine 0-V Plane.

Hast du keine, so muss der Rückstrom wo anderst fliessen.
z.B. in einer benachbarten Leiterbahn und schon hast du übersprechen.

Jetzt kommen viele und sagen, nana das ist nur bei hohen frequenzen der 
fall. Dann beachtet doch bitte mal die Flankensteilheit eines 
Mikrocontrollerausgang. Die Steilheit einer Flanke ist entscheidend. Die 
Frequenz ist nur die anzahl wiederholungen. MIt standard Ausgängen kommt 
man da bereits in den GHz Bereich was die Steilheit anbelangt.

Und dies verursacht definitiv störungen!


Eure Krähe

Autor: Dennis X. (debegr92)
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Holger K. schrieb:
> Der Rückstrom möchte möglichst beim Leiter fliessen.
> Dies ermöglicht man ihm durch eine 0-V Plane.

... Der Strom will bei niedrigen Frequenzen den berüchtigten "weg des 
geringsten widerstandes"  wählen. Bei sehr hohen Frequenz will er jedoch 
so dich wie möglich am Leiter zurück fließen.

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