Размещение переходных отверстий для соединения заземляющих плоскостей

Меня много интересовали методы заземления на печатных платах. Мой первый вопрос об этом касается переходных отверстий. Я заметил, что на простой двухслойной печатной плате с заземляющими пластинами с обеих сторон обычно будет несколько или несколько переходных отверстий, разнесенных для их соединения с минимальным импедансом между двумя медными заливками.

Однако на ВЧ-плате размещение переходных отверстий выглядит гораздо более преднамеренным, и мне интересно узнать о теории, лежащей в основе этого. Переходные отверстия, соединяющие заземляющие плоскости, часто граничат с ВЧ-трассой. См. этот пример дифференциального копланарного волновода:введите описание изображения здесь

У меня также есть второй вопрос о заземлении на печатных платах. Когда уместно «изолировать» наземные плоскости друг от друга? И как помогает изолирование друг от друга заземляющих плоскостей на одном слое (скажем, верхнем), когда обе эти заземляющие плоскости подключены к одной и той же заземляющей пластине внизу через переходные отверстия. Когда у нас есть эти изолированные заземляющие плоскости, отличается ли размещение переходных отверстий от любого из вышеперечисленных случаев?

Примечание. Мне известно о возможном дублировании здесь, но я не удовлетворен ответами и думаю, что мой вопрос требует более подробной информации.

Спасибо за информацию.

На какой частоте вы работаете?
Ну, я конкретно работаю в районе 700МГц - 1ГГц, но мне интересно узнать теорию в целом для всех частот.

Ответы (3)

Схема, которую вы показали, выглядит как так называемый копланарный волновод с медным покрытием (CBCPW). Это означает, что отражение от земли для волновода происходит не только в компланарных основаниях (земля заполняет тот же слой, что и сигнальные дорожки), но и в плоском слое непосредственно «ниже» сигнального слоя. Эта структура довольно загадочна в том смысле, что я видел ее только в цифровых системах, когда скорость передачи данных превышает 20 Гбит/с.

Я нашел то, что выглядит как разумное обсуждение различий между CBCPW и микрополосками в статье инженеров Rogers Corp.

В этой статье показано, что CBCPW имеет меньшие потери, чем микрополосковые, на частотах, где потери излучения становятся важными в микрополосковой полосе, примерно от 25 ГГц и выше, что объясняет, почему CBCPW не используется широко на более низких частотах.

Отвечая на ваш вопрос, в статье указаны некоторые особые требования к переходным отверстиям заземления в конструкциях CBCPW:

Для надлежащего заземления в схемах CBCPW используются переходные отверстия для соединения копланарных заземляющих плоскостей верхнего слоя и заземляющей плоскости нижнего слоя. Расположение этих переходных отверстий может иметь решающее значение для достижения желаемых характеристик импеданса и потерь, а также для подавления паразитных волновых мод.

В основном это означает, что без частых сквозных переходов между копланарной землей и резервной землей мощность может передаваться в нежелательные режимы распространения, что вызовет либо избыточные вносимые потери, либо сильную дисперсию характеристик линии передачи.

Да, я никогда не видел CPWG, у которой не было бы заземления внизу, но опять же, я видел только две CPWG. Разве радиочастотные области на печатных платах (т. е. места, где вы могли бы найти радиочастотную дорожку и связанный с ней волновод) обычно не нуждаются в заземлении?
Да, линия передачи нуждается в заземлении. Но в классическом CPW плоскость заземления компланарна (в той же плоскости, что и) сигнальному проводнику.
Но даже если у вас есть, скажем, микрополосковая линия с расположенной поблизости насыпью (не настолько близко, чтобы это превратило конструкцию в CPW), вы, вероятно, захотите, чтобы эта насыпь была хорошо сшита с землей. В противном случае вы могли бы увидеть, как некоторая часть мощности передается в режимы, подобные CPW, и если копланарная земля и земля слоя 2 плохо связаны, у вас, вероятно, будет некоторая неравномерность в характеристических режимах, что приведет к нерегулярному характеристическому импедансу. , многократные (если небольшие) отражения и т.д.
Ссылка на статью мертва
@TimVrakas, спасибо, обновлено. К сожалению, теперь для просмотра статьи вам необходимо создать учетную запись на сайте microsoftjournal.com.
Я понимаю, что прошло много времени с тех пор, как был дан этот ответ, однако я смущен вкладом импеданса переходных отверстий, упомянутых в цитате. Все остальные ответы здесь, по-видимому, сосредоточены на радиочастотном экранировании и уменьшении антенноподобных эффектов, а не на согласовании импеданса. Я провел две симуляции в openems (одну с переходными отверстиями и одну без) и не заметил заметной разницы в импедансе). Есть мысли @ThePhoton?
@MattHusz, как сказано в моем последнем абзаце, сшивание помогает предотвратить захватывающие нежелательные режимы. Эти нежелательные режимы, вероятно, будут иметь характеристический импеданс, сильно отличающийся от предпочтительного (основного) режима. Вы могли бы наблюдать эти режимы в своей симуляции, преднамеренно вводя в модель какой-либо дефект или асимметрию.

Часть 1. Длинная щель в заземляющем слое на верхней стороне может действовать как антенна, как с точки зрения излучения, так и приема токов, которые пытаются течь перпендикулярно щели. Вы можете думать о слоте как о своего рода «минусовом проводе». Более подробную информацию можно найти здесь .

Высокочастотные токи, пытающиеся попасть от одного куска заземляющего слоя верхней стороны к другому (текущие перпендикулярно ВЧ-дорожке), вынуждены обтекать границы зазоров между кусочками. Теперь рассмотрим, что произойдет, если длина щели будет равна половине длины волны тока. Напряжение на прорези принудительно обнуляется на концах прорези (где части соединены), но это означает, что разность напряжений на прорези будет наибольшей в центре прорези. Точно так же ток (через щель) принудительно равен нулю в центре щели, но максимален на концах щели. Это электрический «двойник» обычной полуволновой проволочной антенны, в которой ток максимален в центре, а напряжение максимально на концах. Щель и провод одинаково эффективны как антенны,

Несколько сквозных отверстий, соединяющих обе стороны слота с твердой заземляющей пластиной на другой стороне, «закорачивают» эту антенну слота, устраняя эту проблему.

Часть 2: Независимые заземляющие пластины для определенных «шумных» подсистем (или, если на то пошло, подсистем, которые должны быть особенно «тихими») на плате, которые подключены к заземляющей пластине системного уровня только в одной точке, служат для ограничивать обратные токи для сигналов внутри этой подсистемы только этой областью платы, предотвращая их влияние (или воздействие) на другие подсистемы на плате.

Например, предположим, что у вас есть микропроцессорная система сбора данных, в которой есть АЦП с высоким разрешением и некоторая предшествующая ему схема обработки аналоговых сигналов. Вы можете создать одну заземляющую пластину для аналоговой схемы и другую для микропроцессора, его кристалла и других цифровых периферийных устройств (например, большой микросхемы флэш-памяти) и соединить каждую из них с системной заземляющей пластиной (или друг с другом) на всего один момент. Это удерживает высокочастотный шум кристалла и другие быстро переключаемые цифровые сигналы ввода-вывода микропроцессора вне плоскости заземления для чувствительных аналоговых схем. Вы увидите это, если посмотрите на макеты оценочных плат, которые производители выпускают для своих микросхем АЦП и ЦАП высокого разрешения.

Я немного запутался в части 1. Под «длинным слотом» вы подразумеваете радиочастотную дорожку или отрицательное пространство между радиочастотной дорожкой и плоскостью земли? Если вы имеете в виду отрицательное пространство, как может излучать голая печатная плата (например, FR4 или что-то в этом роде)?
Не обращайте внимания на саму ВЧ-трассу и рассматривайте только различные части верхней заземляющей пластины. См. ссылку и дополнительный абзац, который я добавил.
Спасибо! И для части 2: то есть я хотел бы, чтобы все в шумной цепи MCU было подключено к заземляющей пластине в верхней части платы, а затем эта заземляющая пластина подключалась к нижней заземляющей пластине только одним переходным отверстием?
Это был бы один из способов сделать это, но не всегда возможно иметь плоскость заземления на верхней (компонентной) стороне, достаточно прочную, чтобы ее можно было использовать. Также может быть полезно создать «остров» в нижней заземляющей плоскости и соединить этот остров с остальной частью нижней заземляющей плоскости только в одной точке.
Ах, это правда. И под «в одной точке» вы имеете в виду только один след, идущий от острова к основному плану?
Да, точно.

В CPW или копланарном волноводе радиочастотная энергия находится между проводниками поверх подложки. Это распространено в полупроводниках, где трудно получить доступ к заземляющему слою, а расстояния очень короткие. Для печатных плат должно быть заземление снизу, и это называется заземленным копланарным волноводом (CPWG) или копланарным волноводом с проводником (CBCPWG). Расстояние между сквозными отверстиями должно создавать виртуальную стену, через которую не может просачиваться радиочастотная энергия. Чем выше частота, тем короче длина волны и тем ближе друг к другу должны быть переходные отверстия. Вот ссылка на документ, который показывает это при тестировании различных плат на страницах 14-21.

http://mpd.southwestmicrowave.com/showImage.php?image=439&name=Optimizing%20Test%20Boards%20for%2050%20GHz%20End%20Launch%20Connectors

Размещение переходных отверстий для соединения заземляющих плоскостей
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v