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Forum: Platinen Erste 4-Layer Platine: einige Fragen


Autor: Matthias Machmal (matthiasm)
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Guten Abend,

es ist soweit, ich brauch meine erste 4 Lagen Platine. Auf dieser 
Platine befindet sich ein DC/DC Wandler, aber auch ein bisschen Analog 
Kram.

Frage 1:

Ist es sinnvoll Signal - GND - GND - Signal zu machen oder hat man dabei 
zwangsläufig GND Schleifen zwischen den zwei Innenlagen?

Frage 2:

Wie macht man Stern GND Verbindungen?? Sobald ich im sensiblen Analog 
Teil ein Via setze kontaktiert er mir das auch auf das GND Power Plane. 
Kann man dort ein Keepout für die GND Plane setzen oder sind GND Planes 
immer durchgehend?

Frage 3:

Angenommen ich habe eine 20x10cm Platine mit 4 Lagen und ich definiere 
die zwei Powerplanes mit GND und VCC (=48V). Hat man dabei nicht einen 
Kondensator? Ist das nicht problematisch?

Ich hoffe ihr könnt einem Anfänger weiterhelfen ;-)

Gruß
Matthias

Autor: Chris (Gast)
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Zwei Groundlagen sind quatsch. Natürlich verbindet das Layoutprogramm 
GND Vias mit der Gnd-Plane.
Für Analogground und digitalground gibt es deshalb auch verschiedene 
Symbole im Programm.

Autor: Georg (Gast)
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Matthias M. schrieb:
> Hat man dabei nicht einen
> Kondensator? Ist das nicht problematisch?

Schau doch mal in den Schaltplan, egal woher du den hast - da sind 
bestimmt mehrere Kondensatoren zwischen GND und VCC. Das ist kein 
Fehler, das ist so üblich.

Georg

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Chris schrieb:
> Für Analogground und digitalground gibt es deshalb auch verschiedene
> Symbole im Programm.

Wobei es fraglich ist, wie sinnvoll diese Trennung am Ende überhaupt
ist.  Eine einzelne, durchgehende, komplett unzerstückelte Masselage
hat vergleichsweise wenig Widerstand und Induktivität und ist meist
besser, als wenn man das irgendwie zergliedert.

Autor: Mark W. (kram) Benutzerseite
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Matthias M. schrieb:
> Guten Abend,
>
> es ist soweit, ich brauch meine erste 4 Lagen Platine. Auf dieser
> Platine befindet sich ein DC/DC Wandler, aber auch ein bisschen Analog
> Kram.
>
> Frage 1:
>
> Ist es sinnvoll Signal - GND - GND - Signal zu machen oder hat man dabei
> zwangsläufig GND Schleifen zwischen den zwei Innenlagen?
>

Mach besser eine GND und eine Power als Innenlage.

> Frage 2:
>
> Wie macht man Stern GND Verbindungen?? Sobald ich im sensiblen Analog
> Teil ein Via setze kontaktiert er mir das auch auf das GND Power Plane.
> Kann man dort ein Keepout für die GND Plane setzen oder sind GND Planes
> immer durchgehend?

Wenn Du ein Via von Top zu GND setzt, und dabei durch VCC musst, macht 
das CAD Programm automatisch ein "Loch" in die VCC plane.
Wie Du die GND plane aufteilst, haengt von der Schaltung ab. Analogteil 
wuerde ich raeumlich vom Rest trennen, Stromwege sollten kurz sein und 
sich nicht stoeren.

>
> Frage 3:
>
> Angenommen ich habe eine 20x10cm Platine mit 4 Lagen und ich definiere
> die zwei Powerplanes mit GND und VCC (=48V). Hat man dabei nicht einen
> Kondensator? Ist das nicht problematisch?

Hat man, aber einen sehr kleinen, will man ja sowieso. Der ist dann 
parallel zu den Bypass Kondensatoren und stoert nicht weiter, kann sogar 
helfen unter Umstaenden.

Autor: Flo S. (Gast)
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Mark W. schrieb:
>> Frage 1:
>>
>> Ist es sinnvoll Signal - GND - GND - Signal zu machen oder hat man dabei
>> zwangsläufig GND Schleifen zwischen den zwei Innenlagen?
>>
>
> Mach besser eine GND und eine Power als Innenlage.

Dazu hab ich noch eine Frage, bzw. bin an der Antwort der Experten 
interessiert. Ich stehe vor der Wahl 4 oder 6-Layer. Ich würde gerne aus 
kostengründen bei 4 Layern bleiben und SIGNAL-GND-POWER-SIGNAL 
verwenden.
Allerdings gibt es mehrere Spannungen auf dem Board, die sich recht gut 
in Bereiche abgrenzen lassen. Dazu würde ich die POWER-Plane in diese 
Bereiche aufteilen. Was gibt es bezüglich der Abstände etc. zu beachten. 
Datenleitungn von einem Power-Bereich zum anderen werden alle auf dem 
oberen Layer über GND geführt. Was ist noch zu beachten?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Flo S. (Gast)

>interessiert. Ich stehe vor der Wahl 4 oder 6-Layer. Ich würde gerne aus
>kostengründen bei 4 Layern bleiben und SIGNAL-GND-POWER-SIGNAL
>verwenden.

Dann tu das.

>Allerdings gibt es mehrere Spannungen auf dem Board, die sich recht gut
>in Bereiche abgrenzen lassen. Dazu würde ich die POWER-Plane in diese
>Bereiche aufteilen.

Das ist der Normalfall. Oft werden auch ein paar Signale auf der 
Power-Plane layoutet, wenn der Platz nicht reicht. Diese Lage ist nicht 
SOOOOO exklusiv wie die Masselage.

>Was gibt es bezüglich der Abstände etc. zu beachten.

Nicht viel, wenn du eine Netzspannung oder ähnliches isolieren musst.

Autor: Georg (Gast)
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Flo S. schrieb:
> Datenleitungn von einem Power-Bereich zum anderen werden alle auf dem
> oberen Layer über GND geführt. Was ist noch zu beachten?

Ok, da ist schon mal ein wichtiger Grundsatz richtig verstanden - keine 
Unterbrechung in der Bezugsebene.

Praktisch benutzt du die Power Lage(n) als GND-Bezug, das stimmt 
natürlich nur, wenn die HF-mässig tatsächlich so gut wie identisch mit 
GND sind, d.h. mit Stützkondensatoren niedrigimpedant mit GND verbunden 
sind. Zuviel schadet nicht.

Kritisch sind Wechsel der Signallage: da muss auch der Rückstrom an der 
gleichen Stelle (!!) die Bezugslage wechseln können, dazu verwendet man 
i.d.R. einige GND-Vias rund um das Signal-Via. Das geht bei Power und 
GND so nicht, da ist das beste was man tun kann ein Stützkondensator 
direkt beim Via. Am besten ist es aber bei HiSpeed-Leitungen Vias 
unterwegs ganz zu vermeiden.

Georg

Autor: Flo S. (Gast)
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Danke erstmal für die Antworten!

Falk B. schrieb:
>>Was gibt es bezüglich der Abstände etc. zu beachten.
>
> Nicht viel, wenn du eine Netzspannung oder ähnliches isolieren musst.
Nein es gibt einen 3.3V und einen 5V Bereich.

Georg schrieb:
> Kritisch sind Wechsel der Signallage: da muss auch der Rückstrom an der
> gleichen Stelle (!!) die Bezugslage wechseln können, dazu verwendet man
> i.d.R. einige GND-Vias rund um das Signal-Via. Das geht bei Power und
> GND so nicht, da ist das beste was man tun kann ein Stützkondensator
> direkt beim Via. Am besten ist es aber bei HiSpeed-Leitungen Vias
> unterwegs ganz zu vermeiden.
Verstanden, sonst entstehen größere Leiterschleifen, die ggf. Störungen 
verursachen. In meinem Fall sind die Frequenzen eher gering, die für 
einen Signallagenwechsel in Frage kommen. (max. 400kHz für I2C-Bus), 
werde aber versuchen das zu vermeiden. Habe die Pinbelegung des 
verwendeten uC so gewählt, daß die Anzahl der Kreuzungen minimiert sein 
werden und Signallagenwechsel werden dann in der unmittelbaren Nähe des 
uC stattfinden, wo sich dies nicht vermeiden lässt. (Die handhabung der 
anderen ICs ist einfacher) Genügen dort die Stützkondensatoren des uC 
oder macht es wirklich Sinn, dort weitere Stützkondensatoren zu 
verwenden?

Autor: Georg (Gast)
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Flo S. schrieb:
> Signallagenwechsel werden dann in der unmittelbaren Nähe des
> uC stattfinden, wo sich dies nicht vermeiden lässt

Schön, ist also verstanden.

Flo S. schrieb:
> Genügen dort die Stützkondensatoren des uC
> oder macht es wirklich Sinn, dort weitere Stützkondensatoren zu
> verwenden?

Kommt auf die Grösse des ICs an, also wieweit ist der nächste C 
entfernt. Zuviel C schadet nie.

Georg

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Flo S. (Gast)

>> Kritisch sind Wechsel der Signallage: da muss auch der Rückstrom an der
>> gleichen Stelle (!!) die Bezugslage wechseln können, dazu verwendet man

Bei WIRKLICH hohen Frequenzen bei 100 MHz++

>> i.d.R. einige GND-Vias rund um das Signal-Via.

Hab ich noch nie gesehen.

>einen Signallagenwechsel in Frage kommen. (max. 400kHz für I2C-Bus),

Selbst bei 20 MHz Rechtecksignalen für Arduino & Co muss man sich da 
keine Sorgen machen und kann PROBLEMLOS mehrfach die Lage wechsen!!

>anderen ICs ist einfacher) Genügen dort die Stützkondensatoren des uC

Ja.

>oder macht es wirklich Sinn, dort weitere Stützkondensatoren zu
>verwenden?

Braucht man eher nicht.

Autor: Cyborg (Gast)
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Georg schrieb:
> Zuviel C schadet nie.

Kommt auf die Versorgung an. Nanofarad lassen einen 78XX noch kalt.
Wenn ein Designer auf deinen Rat hört und µF platziert nach der
Binsenweisheit viel hilft viel, dann wirds Probleme geben.

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