Почему сломанный заземляющий слой не так эффективен, как неповрежденный?

Подумайте о высокочастотных токах, протекающих через заземляющий слой.

На низких частотах ток идет по пути наименьшего сопротивления (буквально). Остров в наземном плане не представляет особой проблемы с точки зрения сопротивления. С обеих сторон острова все еще много меди, так что ток может течь вокруг него с небольшим падением напряжения.

Однако на высоких частотах все выглядит иначе. Высокочастотные обратные токи в заземляющем слое имеют тенденцию следовать по тому же пути, что и прямые токи в других слоях. Это полезное свойство, поскольку оно минимизирует общую площадь токовой петли и, таким образом, излучает меньше, а петля также менее восприимчива к входящему излучению. Островки в плоскости земли заставляют токи обходить их, что может значительно увеличить площадь петли высокочастотных токов. Глядя на это с другой стороны, вы можете представить проводники на верхнем слое как образующие линию передачи с заземляющим слоем. Остров разрывает эту линию передачи, что увеличивает импеданс, что увеличивает падение напряжения на заземляющем слое.

Другой эффект известен как «щелевая антенна». Это инверсия диполя, но он ведет себя так же, как диполь для излучения и приема. Если вы пропускаете высокочастотный ток по всей длине проводящего листа, а затем вырезаете щель в этом листе перпендикулярно потоку тока, у вас есть щелевая антенна. Это одна из причин того, что отверстия для потока воздуха в металлическом корпусе обычно представляют собой группу отверстий, а не прорези или отдельные большие отверстия.

На двухслойной плате вам обычно приходится направлять некоторые сигналы на нижний слой. Но вы хотите, чтобы нижний слой оставался заземленным, насколько это возможно. Из приведенного выше анализа видно, что больше маленьких островов лучше, чем несколько больших. Метрика, к которой вы хотите стремиться, — минимизировать максимальный размер любого острова.

Я часто использую Eagle и его автоматический маршрутизатор для таких вещей. В первых нескольких проходах маршрутизации я устанавливаю стоимость только для того, чтобы найти решение для маршрутизации. В более поздних проходах я предполагаю, что решение было найдено, и теперь его нужно оптимизировать для наименьшего повреждения заземляющего слоя. Чтобы получить это, я установил высокую стоимость слоя заземления и более низкую стоимость переходного отверстия. Это приводит к более коротким «перемычкам» в заземляющем слое вместо длинных дорожек. К сожалению, Eagle по-прежнему склонен склеивать эти перемычки вместе, даже если для параметра Hugging установлено значение 0. После окончательного автоматического маршрута я немного подчищаю наземную плоскость вручную. Обычно это не изменение топологии, а в основном отделение отдельных перемычек друг от друга, чтобы между ними текла медь.

Вот рисунок нижнего слоя такой платы:

Это показывает нижний слой нашего USBProg PIC Programmer . Цепь такой сложности не может быть проложена на одном слое, но обратите внимание, что в нижнем слое много отдельных маленьких островков вместо длинных дорожек или больших групп перемычек. По большей части высокочастотные обратные токи могут протекать без слишком большого отклонения от их идеальных путей.