Hallo zusammen,
ich bin gerade dabei meine erste größere Platine zu designen, auf der
ein Mikrocontroller sowohl digitale (PWM, I2C, UART) als auch analoge
Signale (analoge Sensoren) verarbeitet.
Auf den Platinen meiner früheren Projekte wurden ausschließlich digitale
Signale verarbeitet. Auf diesen Platinen habe ich eine durchgängige
Massefläche auf der Unterseite erstellt. Dabei habe ich mir noch relativ
wenig Gedanken über die Masseführung gemacht, da digitale Signale nicht
so störanfällig sind. Nun meine ersten Fragen zu Platinen auf denen nur
digitale Signale verarbeitet werden. Ist es richtig auf diesen Platinen
eine durchgängige Masseflächen auszulegen? Wie legt man die GND Signale
von der Oberseite (Bestückungs- und Routingseite) am besten auf die
GND-Plane? Sollte man mehrere GND-Anschlüsse auf der Oberseite in einem
Sternpunkt zusammenlegen und dann erst eine Durchkontaktierung zur
GND-Plane machen oder jedes GND Signal einzeln zur GND-Plane
durchkontaktieren (habe hier im Forum gelesen, dass das zu Problemen
führen kann, weil an den verschiedenen Durchkontaktierungen
unterschiedliche Potenziale herrschen)?
Nun zu meinem aktuellen Projekt mit analogen und digitalen Signalen.
Macht es Sinn zwei verschiedene Masseflächen für digitale und analoge
Signale zu machen und sie in einem Punkt zusammenzuführen? Wie ist das
mit einem Punkt gemeint (eine dünne Leiterbahn zwischen den beiden
Masseflächen)? Oder reicht es, wenn die analogen und digitalen Bauteile
räumlich getrennt sind? Ich habe schon ein paar mal gelesen, dass man
die Masseflächen am AD-Wandler zusammenführen soll. In meinem Fall ist
der AD-Wandler im Mikrocontroller verbaut. Sollten die GND-Signale dann
am Mikrocontroller zusammengeführt werden? Und noch eine Frage zum
Lagenaufbau. Kann man sagen, was (EMV-technisch) tendenziell besser ist?
4-lagig (mit zwei Routing und Bauteillagen, VCC-Lage und GND Plane) oder
2-lagig? Wie sieht es bei 4-lagigen Platinen mit den Masseflächen aus?
Ich habe lange nach guter Literatur gesucht, bin allerdings nicht fündig
geworden. Weiß jemand ein gutes Buch oder gute Artikel zu diesem Thema.
Es würde mich sehr freuen, wenn auch über meine Fragen hinaus Input zu
kommen würde.
Vielen Dank schon mal und einen schönen Start ins Wochenende!
Das wurde schon einige Male diskutiert. Das wichtigste ist, dass die
analogen und digitalen Rückströme nicht am gleichen Ort durchgehen. Das
verursacht Störungen durch Potentialverschiebung. Das kann man erreichen
durch:
1. getrennte Planes (in XY, nicht in Z)
2. analoge und digitale Signale räumlich trennen.
Wenn 2. umgesetzt wird, dann erübrigt sich 1.
Wenn 1. gut umgesetzt wird, dann hast du 2.
Es macht meiner Meinung nach fast nie Sinn eine getrennte Fläche
vorzusehen, ausser du hast konkrete Gründe.
Maxi schrieb:> Ist es richtig auf diesen Platinen> eine durchgängige Masseflächen auszulegen?
Wenn du 4 oder 6 Lagen hast, dann hast du mit ein wenig Glück
tatsächlich eine wirklich durchgängige Massefläche.
Sobald du 2 Lagen hast, zerschneiden Signale und Bauteile deine
"Massefläche" und du musst dir Gedanken machen, wie du aus diesen vielen
"Masseschnipseln" wieder 1 massive Masse machst. Blindes Fluten ist da
nur in wenigen Fällen zielführend.
> Macht es Sinn zwei verschiedene Masseflächen für digitale und analoge> Signale zu machen und sie in einem Punkt zusammenzuführen?
Nur, wenn auch alle anderen Leitungen, die mit den beiden Massen zu tun
haben, auch dicht an diesem Punkt vorbeigeführt werden (können).
> Kann man sagen, was (EMV-technisch) tendenziell besser ist?> 4-lagig (mit zwei Routing und Bauteillagen, VCC-Lage und GND Plane) oder> 2-lagig?
Du fragst das nicht im Ernst, oder?
Wenn ein zeilagiges Design besser und billiger wäre, welchen Grund
gäbe es dann für 4 oder mehr Lagen?
> Wie sieht es bei 4-lagigen Platinen mit den Masseflächen aus?
Sieh zu, dass du da eine unzerfranste Masse in die Innenlage bekommst.
Und: genauso wie die Masse zur Versorgung gehört, gehört auch Vcc zur
Versorgung. Deshalb sollte auch dafür eine eigene Lage vorgesehen
werden.
Keine großen Masselappen, bei uns ist oben und unten ein Massedeckel und
die Signalbahnen sind in der mittleren Lage. Ringsum und flächig viele
Durchkontaktierungen machen! Das alles wird schnell ganz schön
aufwändig.
Maxi schrieb:> Ich habe lange nach guter Literatur gesuchthttps://incompliancemag.com/article/alternative-paths-of-the-return-current/Beitrag "Re: GND-Flutung Ja oder Nein - eine Glaubensfrage?"
Die schlimmsten 'Masseflächen' sind die, die als Masseverbindung
nachträglich auf eine Leiterplatte gegossen werden und von längeren
Leiterbahnen durchschnitten werden.
Die 'geteilte' Massefläche ist noch die harmloseste Version davon,
enthält aber auch 2 Schlitzantennen.
Bei Digitaltechnik hat man es mit erst bei hohen Fehlerpegeln störbaren
Schaltungen zu tun, deren rapides Schalten aber extrem hohe Frequenzen
entspricht bei teilweise hohen geschalteten Strömen. Da muss der Strom
ruckartig fliessen, schneller als er von dem über einen halben Meter
entfernten Netzteil nachgeliefert werden kann, also braucht man
Abblockkondensatoren und niederinduktive (breite) Zuleitungen.
Bei Analogtechnik stören schon Millivolt, dafür sind die Frequenzen
meist niedriger.
Gute Analogschaltungen (Verstärker, Audio) nutzen keine Massefläche
sondern legen Masseleitungen einzeln vom Sternpunkt aus.
MaWin schrieb:> Gute Analogschaltungen (Verstärker, Audio) nutzen keine Massefläche> sondern legen Masseleitungen einzeln vom Sternpunkt aus.
Diese Aussage ist so allgemein falsch. Sie gilt bestenfalls für einen
kleinen Teil von guten Analogschaltungen.
@TE: Ich machs so, dass ich die GND-Pfade und Versorgung explizit route
und GND erst anschließend flute. Dabei achte ich auch darauf, dass sich
durch das Fluten keine Schleifen bilden, dann lieber Bereiche ungeflutet
lassen.
GND und Versorgung versuche ich dabei in gemeinsame Nähe zu legen.
Leistungsteile bekommen eine eigene Massefläche, die Zuleitungen (eben
auch GND) werden getrennt von den anderen Schaltungsteilen direkt an die
Stromversorgung geroutet. Für Analogteile in ähnlicher Weise: Eine
Stelle, wo die Analogversorgung "abgetrennt" wird, mit Kondensatoren
stabilisiert und abgeblockt, evtl. noch mit einer Induktivität
geglättet. Und von dort dann einen kompakten Schaltungsteil mit eigener
Analogmasse bilden.
Disclaimer: Bin nur Hobbyist :-)
