Когда использовать вырезы в плоскости заземления?

2) Я настоятельно рекомендую НЕ резать землю вблизи высокоскоростных сигналов. Паразитная емкость на самом деле не слишком сильно влияет на цифровую электронику. Обычно паразитная емкость убивает вас, когда она создает паразитный фильтр на входе операционного усилителя.

На самом деле, настоятельно рекомендуется пропускать ваши высокоскоростные сигналы непосредственно поверх сплошной заземляющей пластины; это называется " микрополоска ". Причина в том, что высокочастотный ток следует по пути наименьшей индуктивности. При заземлении этот путь будет зеркальным отражением трассы сигнала. Это минимизирует размер петли, что, в свою очередь, минимизирует излучаемые электромагнитные помехи.

Очень яркий пример этого можно увидеть на веб-сайте доктора Говарда Джонсона. На рисунках 8 и 9 показан пример высокочастотного тока, идущего по пути наименьшей индуктивности. (если вы не знали, д-р Джонсон является авторитетом в области целостности сигналов, автором высоко оцененной книги «Высокоскоростное цифровое проектирование: руководство по черной магии»)

Важно отметить, что любые разрывы в заземляющем слое под одним из этих высокоскоростных цифровых сигналов увеличат размер контура, потому что обратный ток должен идти в обход вашего выреза, что также приводит к увеличению выбросов. Вам нужна абсолютно непрерывная плоскость под всеми вашими цифровыми сигналами. Также важно отметить, что плоскость питания также является опорной плоскостью, как и плоскость заземления, и с точки зрения высоких частот эти две плоскости соединены через обходные конденсаторы, поэтому вы можете учитывать высокочастотный обратный ток для «скачка». самолеты возле шапки.

3) Если у вас хороший заземляющий слой, практически нет причин использовать защитную трассу. Исключением будет операционный усилитель, о котором я упоминал ранее, потому что вы, возможно, срезали под ним плоскость заземления. Но вам все равно нужно беспокоиться о паразитной емкости защитной дорожки. И снова доктор Джонсон готов помочь с красивыми картинками .

4.1) Я считаю, что несколько небольших переходных отверстий будут иметь лучшие индуктивные свойства, поскольку они параллельны, по сравнению с одним большим переходным отверстием, занимающим примерно такое же количество места. К сожалению, я не могу вспомнить, что я читал, что заставило меня поверить в это. Я думаю, это потому, что индуктивность переходного отверстия линейно обратно пропорциональна радиусу, а площадь переходного отверстия квадратично прямо пропорциональна радиусу. (источник: снова доктор Джонсон ) Увеличьте радиус переходного отверстия в 2 раза, и оно будет иметь вдвое меньшую индуктивность, но займет в 4 раза больше площади.

Будьте осторожны, чтобы не дать вольному определению высокие частоты.

Эффекты линии передачи, требующие микрополосковых или полосковых технологий, заслуживают рассмотрения, когда длина линии составляет 1/100 или более от самой высокой частоты интересующего сигнала (Ulaby). Таким образом, это полезно для микроволновых конструкций. Например, волна 1 ГГц в воздухе имеет длину 30 см, однако в FR-4 она составляет примерно вдвое меньше (квадратный коэффициент эпсилон r, относительная диэлектрическая проницаемость, для FR-4 примерно равна 4, в зависимости от состава). Следовательно, трасса длиной в несколько сантиметров определенно будет представлять интерес для 1 ГГц.

На частоте 10 МГц эффекты линии передачи едва заметны. Пятая гармоника 10 МГц составляет 50 МГц, а в FR-4 это будет около 150x10^6 м/с / 50x10^6 = 3 метра. Так, в автобусе длиной 30 см можно было наблюдать самые зачатки фазовых искажений.

Настоящей проблемой является шум. При прокладывании дорожки достаточной ширины над заземляющим слоем энергия сигнала распространяется через подложку между дорожкой и заземляющим слоем (Пойнтинг). И электромагнитные помехи из других источников не могут проникнуть.

Микрополосковые линии имеют волновое сопротивление, которое определяется шириной дорожки, толщиной и материалом подложки; более тонкие дорожки имеют более высокий характеристический импеданс. Импеданс свободного воздуха составляет 377 Ом. Когда Zo трассы приближается к этой цифре, она начинает излучать. Даже с наземным самолетом. К тому же, утолщение подложки имеет тот же эффект. Имейте в виду, что при работе на высоких частотах импеданс является ключевым фактором... оконечная нагрузка, согласование... достаточно длинная шина будет иметь измеримые отражения, если она не будет правильно согласована.

Однако с плотными конструкциями возникает необходимость в тонких дорожках. Так что, компрометируйте что-нибудь.

Что касается соединения локальных заземляющих плоскостей с глобальной заземляющей плоскостью, лучше использовать несколько небольших переходных отверстий, поскольку это поможет распределить ток, а также сведет к минимуму частоту отказов печатной платы, помимо обеспечения лучшего рассеивания тепла.

Нет ничего плохого в том, чтобы держать глобальные плоскости заземления/питания ниже локальных плоскостей, как если бы вы наблюдали за многослойными конструкциями печатных плат, это то, что следует.

Чтобы импеданс микрополосковой линии оставался неизменным с помощью прорези в заземляющей плоскости, прорезь должна быть расположена на расстоянии не менее двух ширин микрополосковой линии (если микрополосковая линия проецируется вертикально на заземляющую плоскость).

Ниже приведены несколько изображений из решателя трехмерного поля, показывающих распределение электрического поля внутри микроразрыва и плотность тока в плоскости заземления. Вывод : почти нет ни поля, ни тока в двух шагах от микротрепа. Таким образом, разрывы заземления здесь разрешены.

Рисунок 1: Поперечное сечение электрического поля, перпендикулярное полосковой линии. 2D вид. Рисунок 2: Поперечное сечение электрического поля, перпендикулярное полосковой линии. 3D вид. Рисунок 3: Плотность тока в заземляющем слое. 2D-вид Рисунок 4: Плотность тока в плоскости заземления. 3D вид