Groundplatte in PCB mit virtueller Masse verbinden oder negativem Batterieanschluss?

David OP #7836250
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Hi,

ich möchte eine OpAmp-Schaltung mit einer 9V-Batterie versorgen. Um eine virtuelle Masse zu erzeugen, nehme ich einen BUF634A (https://www.ti.com/product/de-de/BUF634A, siehe Datenblatt "Figure 9-4. Pseudo-Ground Driver").

Die Schaltung soll mit einer zweilagigen PCB realisiert werden. Bei zweilagigen PCBs ist es nach z. B. 1 üblich beide Lagen mit einer Groundplate zu füllen, sodass die Leiterbahnen möglichst von Masse "umschlossen" werden.

Jetzt stellt sich mir die Frage: Welches Potential ist bei einer batteriebetriebenen Schaltung mit virtueller Masse mittels TLE2426 oder BUF634A eigentlich die Masse, die mit der Groundplate verbunden werden muss? Da die Wechselspannungssignale alle auf die virtuelle Masse bezogen sind, wäre es naheliegend die Groundplate mit der virtuellen Masse zu verbinden. Andererseits ist der Virtual Ground nicht das "finale Ziel" des Stroms. Der Strom fließt aus der positiven Batterieklemme durch die Schaltung, und dann wieder zurück in die negative Batterieklemme. Die virtuelle Masse ist nur eine "Zwischenstation". Nach dieser Sicht wäre es am besten die Groundplate mit der negativen Batterieklemme zu verbinden.

Mit welchem Potential verbindet man dementsprechend die Ground-Plane der PCB bei batteriebetriebenen Schaltungen?

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Michael Gast #7836275
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David schrieb:

zweilagigen PCBs ist es nach z. B. [1]

Im Ernst? YT?

David schrieb:

Mit welchem Potential verbindet man dementsprechend die Ground-Plane der PCB bei batteriebetriebenen Schaltungen?

Die Frage kannst Du Dir beantworten wenn Du verstehst warum man eine GND Plane einfügt, wann man das nicht macht, wie man es macht, wenn man es macht, welches Problem die lösen soll.

Eine GND Plane kann vieles sein.

  • Lösung
  • Problem
  • Wirkungslos

Bevor Du einfach was hinzimmerst ohne zu verstehen was Du da machst, mach lieber keine GND Plane.

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David OP #7836427
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Hi,

Lothar M. schrieb:

Konterfrage: ist eine "globale" Groundplane für die Schaltung überhaupt nötig und/oder sinnvoll?

Michael schrieb:

Die Frage kannst Du Dir beantworten wenn Du verstehst warum man eine GND Plane einfügt, wann man das nicht macht, wie man es macht, wenn man es macht, welches Problem die lösen soll.

Ich versuche mir mittels Videos und Büchern die Grundlagen des PCB-Designs beizubringen. In den meisten Lehrinhalten wird auf die Wichtigkeit einer Groundplane hingewiesen, damit der Strom von Signalen nicht auf unerwünschten Pfaden zurück fließt (current return path). Auf dieses Weise wird quasi automatisch das Loop-Area der Stromschleife minimiert, sodass der Strompfad weniger anfällig gegenüber externen Störungen wird und auch selbst eine geringere Störquelle für andere Geräte darstellt. Als Quelle mal ein Zitat aus [1], Kapitel "Chapter 16. Power Systems":

"Need for Power Planes: We have now covered several topics in this book about why power and ground planes are required in high-speed design applications. Here is a summary of some of those important reasons. Impedance control: [...], Loop areas: [...], Crosstalk: [...]".

Der Autor benennt diese Vorschriften für "High-Speed"-Design, was bei meiner aktuell bearbeiteten Schaltung nicht zutrifft (maximal relevante Frequenz ist 25 kHz). Nichtsdestotrotz möchte ich das PCB-Design lieber gleich richtig lernen und nicht von Beginn an falsch, und ich verstehe nicht, warum die PCB-Design-Regeln für "High-Speed"-Schaltungen bei Audiofrequenzen ein Problem darstellen sollten. Eventuell kann man die meisten Regeln dann bequemlicherweise ignorieren, aber es sollte meiner Meinung nach kein Problem darstellen, wenn man sich trotzdem an diese Regeln hält. Aus diesem Grund gehe ich davon aus, dass eine Groundplane nichts schlechtes ist. Mein "GND Copper Fill" bei meiner zweilagigen PCB mag zwar nicht dieselben Anforderungen erfüllen wie die Groundplanes in 4-lagigen PCBs, aber ich denke es sollte immer noch besser sein als gar keine Groundplane.

[1]: "Signal integrity issues and printed circuit board design", Douglas Brooks

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Michael Gast #7836916
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David schrieb:

das PCB-Design lieber gleich richtig lernen und nicht von Beginn an falsch

Guter Vorsatz! Dann verstehe was da genau passiert. Du kannst nicht eine Plane einfach hinschütten und alles wird gut. Eine Plane kann die Kapazität erhöhen, wo Du es nicht vertragen kannst, sie kann Störungen dorthin tragen wo vorher keine waren, sie kann Signale koppeln die nicht gekoppelt sein sollen.

Eine schlecht designte Plane ist ein ebenso großes Problem wie keine Plane wo man eine haben sollte. Es gibt keine Maßnahme die man unverstanden als Allheilsbringer anwenden könnte.

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