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Forum: Platinen Spannungsversorgung routen bei 4-Layer


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Autor: Milo (Gast)
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Hallo,

ich versuche gerade, eine Platine zu routen - nur als Übung - und halte 
mich dabei im Wesentlichen an den uC.net Artikel:

https://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts#Vorgehen_bei_der_Layouterstellung

In dem Artikel wird geschrieben, dass nach der Bauteilplatzierung 
zunächst die Spannungsversorgung gelegt werden soll.

Meine 4-Layer Platine würde ich folgendermaßen aufbauen:

Layer 1 (top): Logikbauteile und schnelle Signale
Layer 2: 5V Plane + isolierte 5V Plane
Layer 3: Groundplane
Layer 4: Mosfets mit Pulldown-Widerständen + langsame Signale

Wenn man jetzt die Spannungsversorgung routet (z.B. für die 
Schieberegister), zieht man dann 5V Leiterbahnen an allen Bauteilen 
vorbei auf dem Top-Layer? Oder kann ich einfach unter jedem Logik-IC ein 
Via auf die 5V Plane setzen?

Und falls letzteres:
Kann ich die Abblockkondensatoren, die immer direkt an oder ggf. unter 
den Logik-ICs platziert sind, dann auch einfach mit der 5V Plane und der 
GND Plane verbinden? Oder müssen diese immer über Leiterbahnen mit den 
VCC Pins der Bauteile verbunden werden?

Das geht für mich aus dem Artikel nicht hervor.
Was wäre hier gägnige Praxis?

Danke für Ratschläge,

Mirco

Autor: georg (Gast)
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Milo schrieb:
> Oder kann ich einfach unter jedem Logik-IC ein
> Via auf die 5V Plane setzen?

Nicht kann, muss. Sonst kannst du dir die 5V-Plane gleich sparen. Bei 
solchen Flächen gilt vom Pin auf dem kürzesten Weg zur Versorgungslage, 
egal ob GND, Vcc oder sonst was.

Milo schrieb:
> Kann ich die Abblockkondensatoren

Optimal ist: Vcc Pin - Kondensator - Via nach Vcc. Soll heissen, der 
oben erwähnte kürzeste Weg führt über den Kondensator. Ist der zu weit 
weg und man  muss deshalb ein Via nah am Pin setzen verliert der 
Stützkondensator den grössten Teil seiner Wirkung.

Der Ratschlag, Vcc zu routen gilt übrigens nicht, wenn man eine 
Vcc-Plane hat. Das Routen dient in dem Fall eh nur dazu, einen 
ausreichend dimensionierten Zugang zu allen Vcc-Anschlüssen 
sicherzustellen, nach dem Rendern der Vcc-Fläche braucht man die Routen 
garnicht mehr, dann stören sie eher (gilt natürlich ebenso für GND). Bei 
einer Vcc-Fläche auf einer Lage ist dieser Schritt aber komplett 
überflüssig. Ausserdem, wenn ich Flächen verwende, route ich nicht real 
sondern nur im Kopf, damit sich eine brauchbare Fläche ergibt.

Georg

Autor: Wühlhase (Gast)
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Naja, der Artikel ist - mit Verlaub - sehr auf Eagle-Nutzer 
zugeschnitten. Und auf Schaltungen, wo man nicht allzuviel falsch machen 
kann, da steht teilweise auch ziemlicher Blödsinn und ich verstehe 
nicht, warum man den stehen läßt.

Wenn du durchgängige Versorgungslagen verwendest - platziere die 
Kondensatoren einfach irgendwo, am Besten symmetrisch verteilt. Du 
brauchst auch nicht für jeden Pin genau einen Kondensator. Wieviele 
Kondensatoren du brauchst hängt eher davon ab, wieviele Signale du wie 
schnell gleichzeitig schalten willst.

Da du hauptsächlich 5V zu verwenden scheinst, wird deine Schaltung auch 
noch nicht allzu kritisch sein.

Ich würde dir empfehlen, zu dem Thema mal ein gutes Buch zu lesen. 
Anders wird man da nicht schlauer, da man die Tips, die man bekommt, 
selber nicht bewerten kann.

Autor: Falk B. (falk)
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@ Wühlhase (Gast)

>Ich würde dir empfehlen, zu dem Thema mal ein gutes Buch zu lesen.

Sionnlose Platitüde. Welches denn?

>Anders wird man da nicht schlauer, da man die Tips, die man bekommt,
>selber nicht bewerten kann.

Wie bewertest du die Qualität eines Buches? Buch = immer Qualität?

Autor: Wühlhase (Gast)
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Und der Sinn bei deinem Post ist wo? :)

Autor: Bülent C. (mirki)
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Milo schrieb:
> Layer 1 (top): Logikbauteile und schnelle Signale
> Layer 2: 5V Plane + isolierte 5V Plane
> Layer 3: Groundplane
> Layer 4: Mosfets mit Pulldown-Widerständen + langsame Signale

Layer 1 und 2 widersprechen sich irgendwie, oder!?

Ground sollte direkt unter Layer1 liegen, wo Du ja Deine "schnellen 
Signale" hast..Keine Ahnung, aber evtl. hast Du da etwas wo Du auf eine 
Impededanz achten musst.
Eine doppelseitige Bestückung ist nicht immer notwendig. Außerdem kostet 
das bei einer Serienproduktion extra..

Autor: M.A. S. (mse2)
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Wühlhase schrieb:
> Ich würde dir empfehlen, zu dem Thema mal ein gutes Buch zu lesen.

Falk B. schrieb:
> ...Welches denn?

Wurde hier im Forum empfohlen, ich hab's mir gekauft:

Electromagnetic Compatibility Engineering (Englisch) Gebundene Ausgabe – 
11. September 2009
von Henry Ott

Es ist teuer aber mir gefällt es richtig gut. Auch die Themen 
Abblockkondensatoren und Versorgungslagen werden hier ausführlich 
behandelt.

Autor: Michael D. (sirs)
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Milo schrieb:
> 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts#Vorgehen_bei_der_Layouterstellung
>
> In dem Artikel wird geschrieben, dass nach der Bauteilplatzierung
> zunächst die Spannungsversorgung gelegt werden soll.
Da muss ich Georg zustimmen. Es stimmt nur soweit, als das du deine 
Masse/Versorgungslage festlegst. Zuerst HF und schnelle Datenleitungen 
routen (wegen der Länge!), dann langsame Signale und zum Schluss die 
Versorgungsspannungen. Und am Ende dann schön alle GND-Inseln mit Vias 
zupflastern.

> Meine 4-Layer Platine würde ich folgendermaßen aufbauen:
> Layer 1 (top): Logikbauteile und schnelle Signale
> Layer 2: 5V Plane + isolierte 5V Plane
> Layer 3: Groundplane
> Layer 4: Mosfets mit Pulldown-Widerständen + langsame Signale
Da muss ich Bülent zustimmen: schnelle Signale sind oft 
impedanzkontrolliert und brauchen die Massefläche (Stichwort 
Mikrostreifenleitung). Also Lage zwei und drei tauschen.

> Wenn man jetzt die Spannungsversorgung routet (z.B. für die
> Schieberegister), zieht man dann 5V Leiterbahnen an allen Bauteilen
> vorbei auf dem Top-Layer? Oder kann ich einfach unter jedem Logik-IC ein
> Via auf die 5V Plane setzen?
Abblockkondensatoren und daneben die Vias zur Masse bzw 
Versorgungsspannung sind eine gute Kombination für den Anfang, da gebe 
ich Georg recht. Jedes Kupferstück hat Widerstand (->Spannungsabfall) 
und Induktivität/Kapazität, das man im Idealfall vermeiden sollte. Und 
eine Kupferplatte hat eben am wenigsten davon.

> Da du hauptsächlich 5V zu verwenden scheinst, wird deine Schaltung auch
> noch nicht allzu kritisch sein.
Da hat jemand noch kein EMV-/HF-/Hochstrom-Layout betrieben! Mit 
koppelnden Strömen wirds hässlich. Egal bei welcher Spannung. Immer 
gucken, wo der Strom bevorzugt fließt. Der verteilt sich nicht 
gleichmäßig über einer Platte oder an einer Ecke.

Lesetipp: http://alternatezone.com/electronics/pcbdesign.htm
Layoutguide von Dave, dem EEVblog-Typen. Aber das geht krasser.

Autor: georg (Gast)
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Bülent C. schrieb:
> Ground sollte direkt unter Layer1 liegen, wo Du ja Deine "schnellen
> Signale" hast..

Zur Not und wenn man sich auskennt(!!) kann man auch Vcc-Planes als 
Referenzebene nehmen, aber in diesem Fall gibt es keinen vernünftigen 
Grund das auf sich zu nehmen - also tauschen, L2 = GND.

Nebenbei bemerkt, schnelle Signale auf L1 "benutzen" auch beim 
ursprünglichen Aufbau L2 als Bezugslage (Rückströme), da gibts nichts zu 
wünschen, die Physik ist so. Die GND-Lage 3 "sehen"* sie ja garnicht. Da 
die Vcc-Lage aus 2 Teilen besteht gäbe das sowieso Probleme, je nachdem 
wie die Leitungen verlaufen.

* Für Korinthenkacker: die Feldlinien gehen nicht durch L2 hindurch nach 
L3.

Georg

Autor: Wühlhase (Gast)
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Michael D. schrieb:
>> Meine 4-Layer Platine würde ich folgendermaßen aufbauen:
>> Layer 1 (top): Logikbauteile und schnelle Signale
>> Layer 2: 5V Plane + isolierte 5V Plane
>> Layer 3: Groundplane
>> Layer 4: Mosfets mit Pulldown-Widerständen + langsame Signale
> Da muss ich Bülent zustimmen: schnelle Signale sind oft
> impedanzkontrolliert und brauchen die Massefläche (Stichwort
> Mikrostreifenleitung). Also Lage zwei und drei tauschen.
Es ist diesen Signalen völlig egal, ob sie Vcc oder Gnd als 
Referenzfläche sehen, Hauptsache ist daß sie durchgängig ist.
Egal ob du Gnd oder Vcc nimmst, bei beiden Varianten passiert exakt das 
selbe-nur an eben an der jeweils anderen Signalflanke.

M.A. S. schrieb:
> Electromagnetic Compatibility Engineering (Englisch) Gebundene Ausgabe –
> 11. September 2009
> von Henry Ott
Danke-das kannte ich noch nicht. Das kommt gleich auf die Liste der 
Bücher, die ich noch durcharbeiten möchte.

Autor: Bülent C. (mirki)
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Stell Dir mal vor, du hast eine Singleend 50 ohm Antennenleitung 
ausgehend von einem balun?!

Autor: georg (Gast)
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Bülent C. schrieb:
> Stell Dir mal vor, du hast eine Singleend 50 ohm Antennenleitung
> ausgehend von einem balun?!

Mit einiger Anstrengung kriege ich das vielleicht hin - aber was soll 
mir das sagen?

Georg

Autor: M.A. S. (mse2)
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Bülent C. schrieb:
> Stell Dir mal vor, du hast eine Singleend 50 ohm Antennenleitung
> ausgehend von einem balun?!

georg schrieb:
> was soll
> mir das sagen?
Das würde mich auch interessieren.

Autor: Bülent C. (mirki)
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Der to scheint neu auf dem Gebiet zu sein. Warum soll er sich das 
unnötig kompliziert machen?

Autor: Andi (Gast)
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Wühlhase schrieb:
> Es ist diesen Signalen völlig egal, ob sie Vcc oder Gnd als
> Referenzfläche sehen, Hauptsache ist daß sie durchgängig ist.
> Egal ob du Gnd oder Vcc nimmst, bei beiden Varianten passiert exakt das
> selbe-

In der Theorie - und in den meisten hier vorkommenden Projekten: ja. In 
der Praxis wäre ich aber trotzdem vorsichtig mit dieser Annahme. 
Insbesonders wenns wirklich 'schnell' wird.
Denn dann bereiten die Chiphersteller mittels Platzierungen der VCC und 
GND-Pins diesem Ansinnen sehr schnell ein u.U. schmerzhaftes Ende..

Ich würde generell GND-Planes für den Rückstrom vorsehen. Nur in 
Ausnahmefällen und wenn es wirklich nicht anders geht auf VCC-Planes 
ausweichen.
Aber bitte nur nach Studium der entsprechenden Datenblätter und 
Designvorschriften der Chiphersteller.

> nur an eben an der jeweils anderen Signalflanke.

Was hat das mit der Flanke zu tun? Der Rückstrom wird dann fließen wenn 
die Quelle Strom liefert. Unabhängig davon welchen Pfad er nehmen 
muss...

Autor: georg (Gast)
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Wühlhase schrieb:
> Es ist diesen Signalen völlig egal, ob sie Vcc oder Gnd als
> Referenzfläche sehen

Das gilt nur, wenn Vcc und GND HF-mässig equivalent sind, das muss aber 
nicht so sein, besonders wenn man mit Stützkondensatoren sparsam umgeht. 
Wie immer bei HiSpeed-Design: man sollte schon so ungefähr wissen was 
man tut. Pauschalangaben wie GND, Vcc, scheissegal führen leicht in die 
Irre und beruhen auf Unkenntnis der HF-Physik.

Georg

Autor: Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite
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Wühlhase schrieb:
...
> M.A. S. schrieb:
>> Electromagnetic Compatibility Engineering (Englisch) Gebundene Ausgabe –
>> 11. September 2009
>> von Henry Ott
> Danke-das kannte ich noch nicht. Das kommt gleich auf die Liste der
> Bücher, die ich noch durcharbeiten möchte.

Das ist Deine Chance, die Bücher stehen noch alle im Regal:
Beitrag "Verkaufe EMV-Bücher"

Ist denke ich eine schöne Sammlung zum ersten Einstieg.
Bei Bedarf PN, ggf. mit Gebot für Sammel-/Komplettabnahme.

Autor: Andrew T. (marsufant)
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Wühlhase schrieb:
> M.A. S. schrieb:
>> Electromagnetic Compatibility Engineering (Englisch) Gebundene Ausgabe –
>> 11. September 2009
>> von Henry Ott
> Danke-das kannte ich noch nicht. Das kommt gleich auf die Liste der
> Bücher, die ich noch durcharbeiten möchte.



Dann solltest Du es Dir z.B. hier holen:

http://s1.downloadmienphi.net/file/downloadfile5/192/1388769.pdf

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