Schirmfläche (PE) unter einer Common Mode Choke

[Spice (Gast)]

Hi,

ich hätte eine Frage bzgl. Layout.

Ich habe einen Schaltregler wo ich eine Common Mode Choke am Ausgang 
betreibe. Nun würde ich auf die unterste Lage (1 von 4) eine 
Schirmfläche vorsehen, welche mit dem Gehäuse verbunden ist.

Die CMC habe ich unterhalb komplett vom jeglichem Kupfer freigehalten, 
jedoch würde ich gern die Schirmfläche auf Bottom durchgängig als 
Polygon anlegen.

Spricht da etwas dagegen? Das Blaue wäre die Schirmlage. Kann ich die 
durchgängig routen, oder sollte ich die Stelle wie auf dem Bild 
freistellen?

Danke und Gruß

[voltwide (Gast)]

Grundsätzlich überbrückt eine Gleichtaktdrossel eine Trennungslinie / 
Isolationsbarriere - wobei sie Hochfrequenz möglichst gut sperren 
sollte. Und dies betrifft sämtliche Leitungen eines "Kabelstranges". 
Demzufolge würde ich auch eine unterbrochene GND-Fläche erwarten. 
Anderfalls schließt die durchgehende Massefläche die Gleichtaktdrossel 
kurz und macht sie damit wirkungslos.

[Spice (Gast)]

Vielen dank für die Antwort.

Also ist es besser, die Aussparung in dem Falle in der Schirmlage -wie 
auf dem Ausschnitt zu sehen ist- zu belassen?

Macht es denn einen Unterschied auf welcher Lage die Kupferfläche wäre? 
Oder spielt da die Dicke des epsilonR´s keine Rolle? Würde die CMC 
kurzgeschlossen werden, egal auf welcher Lage die Kupferfläche wäre?

In einigen Appnotes sehe ich Schaltregler Evalboards wo unter einer 
Spule die ersten beiden Lagen blank sind und die anderen beiden Lagen 
(4Layer PCB) eine Massefläche unter der Spule haben. Wie verhält sich 
das bei einer Spule?

Besten Dank nochmal und Vg

[Rest (Gast)]

Spice schrieb:
> In einigen Appnotes sehe ich Schaltregler Evalboards wo unter einer
> Spule die ersten beiden Lagen blank sind und die anderen beiden Lagen
> (4Layer PCB) eine Massefläche unter der Spule haben. Wie verhält sich
> das bei einer Spule?

Bei DC/DCs macht man das angeblich wegen der Effizienz. Nicht alle 
Magnetfeldlinien verlaufen innerhalb der Spule sondern einige natürlich 
auch außerhalb. Diese induzieren Ströme in der Kupferfläche und 
erzeugent damit Verluste. Das degradiert die Effizienz des 
Schaltreglers. Spart man die Kupferfläche unter der Spule aus, so kann 
nicht mehr so viel dort induziert werden. Außerdem erzeugt das innerhalb 
der Kupferfläche eine lokale Anhebung des GND-Potenzials was für manche 
Anwendungen Probleme machen mag. Die ganze Geschichte hat eine starke 
philosphische Note und da herrscht viel Dogmatismus.

Spice schrieb:
> Macht es denn einen Unterschied auf welcher Lage die Kupferfläche wäre?

Ja. Je näher desto schlimmer. Die Distanz fließt in einem quadratischen 
Zusammenhang rein (doppelte Distanz -> vierfache Wirkung, dreifache 
Distanz -> neunfache Wirkung, ...). Die magnetische Durchflutung geht 
sogar mit Abstand^3 ein.

Spice schrieb:
> Würde die CMC
> kurzgeschlossen werden, egal auf welcher Lage die Kupferfläche wäre?

Da kann man keine absoluten Aussagen treffen. Das ist alles eine Frage 
der CM-Dämpfung, wieviel du bereit bist zu akzeptieren.

[Klaus R. (klara)]

Spice schrieb:
> Kann ich die
> durchgängig routen, oder sollte ich die Stelle wie auf dem Bild
> freistellen?

Für einen CM Choke einer Microstripleitung (USB2, USB3, LVDS,...) wäre 
eine Unterbrechung der Massefläche ein No Go. Allerdings liegt dann die 
Massefläche nicht drei Lagen tiefer sondern direkt darunter und ist Teil 
der Leitungsgeometrie, wichtiger Bestandteil zum gewünschten 
Wellenwiderstand.

Eine Schirmfläche arbeitet aber ähnlich. Sie soll dann unverletzt sein 
und bildet mit ihrer großen Fläche eine niedrige Impedanz, also quasi 
eine Fehlanpassung für Störstrahlungen.
mfg klaus

[voltwide (Gast)]

Da bin ich aber anderer Ansicht. Die USB-Datenleitungsdrossel ist 
wirkungslos bei durchgehender Massefläche. Die Gleichtaktstörungen 
gelangen ungehindert auf den Schirm der USB-Buchse und damit an die 
Aussenwelt.

[voltwide (Gast)]

Addendum: Gleichtaktentstörung heißt immer SÄMTLICHE Adern eines 
Stranges durch die Drossel zu führen, einschließlich Schirm. Genauso 
wirken denn auch die auf USB-Kabel montierten Ferrithülsen: Der Schirm 
geht ebenfalls durch den Ferrit! Oder hat den schon mal jemand außen 
drum herum verlegt?

[Andre (Gast)]

voltwide schrieb:
> Die USB-Datenleitungsdrossel ist wirkungslos bei durchgehender
> Massefläche.

Wie würdest du das denn anbinden? Ich schätze der Kompromiss ist hier 
schwer zu finden, saubere niederohmige Masse vs Entkopplung?

[Klaus R. (klara)]

voltwide schrieb:
> Da bin ich aber anderer Ansicht. Die USB-Datenleitungsdrossel ist
> wirkungslos bei durchgehender Massefläche. Die Gleichtaktstörungen
> gelangen ungehindert auf den Schirm der USB-Buchse und damit an die
> Aussenwelt.

Ich habe mit Absicht Microstripleitungen (USB2, USB3, LVDS,...) 
angesprochen, bei denen die GND-Fläche zur nötigen Leiterbahngeometrie 
gehört um eine bestimmte Impedanz zu erreichen. Weicht man davon ab 
treten Reflextionen auf. Das ist ja allgemein bekannt.

TI hat einige Application Notes zum Thema Microstripleitungen 
herausgebracht.
http://www.internetsomething.com/lcd/differential%20pair%20routing.pdf

Auf Seite 7, Punkt 2.4 High-Speed Signal Reference Planes, wird in einem 
Beispiel Incorrect und Correct Plane Void Routing aufgezeigt.

Würth verfährt ebenso.

Dem TO geht es aber um den Ausgang eines Schaltreglers.

Spice schrieb:
> Ich habe einen Schaltregler wo ich eine Common Mode Choke am Ausgang
> betreibe.

Common Mode Choke setzt man hier gewöhnlich wenn nötig vor der 
Schaltstufe oder dem PCF ein. Für den Ausgang nimmt man PI-Filter oder 
ähnliches, also asymmetrische Filter. Ansonsten hätte man auf Masse 
bezogen eine Potentialdifferenz. Gut, manchmal stört das nicht, aber man 
sollte daran denken.

Rest schrieb:
> Bei DC/DCs macht man das angeblich wegen der Effizienz.

Dies könnte ein Grund für eine Aussparung sein. Das bringt dann 
vielleicht 1% mehr Effizienz. Das erhöht aber auch dann die Strahlung 
die man ja möglichst doch verringern will.

Aber Common Mode Choke hat ja im Idealfall keinen Magnetfluss. Also ist 
das Thema Effizienz hier gar nicht von Bedeutung.
mfg Klaus

[voltwide (Gast)]

Unter EMV-Aspekten würde ich den Schirm der USB-Buchse vollständig 
isoliert vom restlichen Gerät belassen. Die GND-Fläche endet dann auf 
der "Innenseite" der CM-Drossel. Also keinerlei Cu-Fläche unterhalb der 
USB-Buchse.

[voltwide (Gast)]

Was die Entstörung eines Netzteiles betrifft schließe ich mich den 
Worten meines Vorredners an. CM-Drosseln werden primärseitig eingesetzt, 
dort wo die Ströme nicht so groß sind, so dass auch Induktivitäten von 
etlichen mH ohne nennenswerte Cu-Verluste möglich sind.