PCB Ground Pour, Crosstalk và ăng ten


12

Tôi đang cố gắng tìm hiểu những ảnh hưởng của việc đổ đầy đa giác khi chuyển đổi dòng tốc độ cao có thể xảy ra. Xem xét ví dụ trường hợp bịa đặt dưới đây:

Ví dụ PCB với đa giác đổ vào những nơi nhỏ

Trong ví dụ này, các rãnh (được tô màu xanh lam nhạt) được đặt cách nhau càng nhiều càng tốt ở bên trái của bảng, nhưng chúng phải được đặt gần nhau hơn để khớp với các lỗ lớn. Các màu đỏ là đổ đa giác mặt đất. Lưu ý rằng đây là một ví dụ bịa đặt có nhiều vấn đề khác không liên quan đến câu hỏi của tôi.

Vì lợi ích của đối số, tất cả các dòng đều kết thúc đơn (như UART, SPI, I²C, v.v.) và có thể có thời gian chuyển tiếp từ 1 ~ 3 ns. Có một mặt phẳng mặt đất liên tục bên dưới (khoảng cách 0,3mm) nhưng câu hỏi của tôi là cụ thể về việc đổ đất trên đỉnh.

Trong trường hợp C, đa giác đổ có thể xâm nhập đến một nơi có đủ chỗ để đặt giây qua kết nối, do đó dấu vết mặt đất được kết hợp chính xác với mặt phẳng bên dưới. Tuy nhiên, trong các trường hợp A, B, D và E, việc đổ ra càng xa càng tốt mà không có chỗ để đặt vias, để lại "ngón tay" của GND.

Những gì tôi muốn biết, bỏ qua các cân nhắc định tuyến khác, là liệu "ngón tay" A, B, D và E có nên được gỡ bỏ hay có lẽ chúng góp phần làm giảm nhiễu xuyên âm giữa các rãnh. Tôi lo ngại rằng tiếng ồn mặt đất có thể làm cho các "ngón tay" ăng ten tốt và tạo ra EMI không mong muốn. Nhưng đồng thời, tôi miễn cưỡng loại bỏ chúng vì lợi ích xuyên âm có thể có mà chúng có thể có.

BIÊN TẬP

Đối với một ví dụ trường hợp khác, hãy xem xét hình ảnh này:

Kịch bản trường hợp thực tế

Quạt ra từ mỗi IC áp đặt một thực tế trong đó nhiều ngón tay là không thể tránh khỏi, ngoại trừ nếu chúng ta loại bỏ hoàn toàn GND đổ vào phần đó. Là sau này là điều thích hợp để làm? Là GND đổ có lợi hay khá vô hại miễn là nó là GND điền?


1
Nếu các ngón tay đủ dài, chúng chắc chắn có thể góp phần vào xuyên âm. Dấu vết bảo vệ GND không ngăn chặn nhiễu xuyên âm trừ khi chúng được liên kết tốt với mặt phẳng GND và có trở kháng thấp với mặt phẳng GND ở tần số quan tâm. Trong trường hợp bạn có không gian cho dấu vết bảo vệ thích hợp, thay vào đó bạn chỉ có thể sử dụng khoảng cách rộng để có được cách ly theo dõi. Trong thực tế, việc định tuyến tín hiệu I2C, UART và SPI rất dễ tha thứ và việc trao đổi chéo hiếm khi là một vấn đề. Tất nhiên, chiều dài theo dõi càng gần nhau, bạn sẽ càng có nhiều nhiễu xuyên âm.
mkeith

Vì vậy, theo quy định, tôi nên cố gắng cắt giảm bất kỳ "ngón tay" mặt đất nào dài hơn 1/10 lambda, để không gian đơn giản mở?
Guillermo Prandi

Tôi chỉ có thể nói với bạn rằng đó là những gì tôi sẽ làm. Tôi chưa bao giờ thử các thí nghiệm có kiểm soát hoặc đọc nghiên cứu chi tiết về hiệu quả đó. Nhưng về mặt logic, việc thêm một dây dẫn "nổi" giữa hai tín hiệu thường sẽ không cách ly chúng. Nó sẽ cho phép họ kết đôi. Vì vậy, tất cả là một câu hỏi về trở kháng từ đầu xa của ngón tay đến mặt phẳng GND. Nếu trở kháng đó thấp, ngón tay sẽ giúp cách ly. Nếu không thì không.
mkeith

1
Tôi khuyên bạn nên tắt nhiệt cho khâu vias của bạn. Thermals rất quan trọng đối với các lỗ xuyên mạ cần được hàn, nhưng không phải để khâu vias có nghĩa là để cung cấp khớp nối xuyên mặt phẳng tốt.
bitsmack

1
Đối với những người thích xem dữ liệu thử nghiệm thực tế, đây là tài liệu 153 trang của Đại học Twente, mô tả một số lượng lớn các bảng thử nghiệm cơ bản bao gồm nhiều khía cạnh của bố cục pcb, bao gồm nhiễu xuyên âm: Hiểu về hiệu ứng điện từ
djvg

Câu trả lời:


6

là liệu "ngón tay" A, B, D và E có nên được loại bỏ hay có lẽ chúng góp phần làm giảm nhiễu xuyên âm giữa các rãnh.

Chúng nên được loại bỏ bởi vì chúng không thực sự giúp đỡ và hoàn toàn có thể, sẽ làm mọi thứ tồi tệ hơn.

Mối quan tâm của bạn dường như là xuyên âm. Vì vậy, hãy nói về điều đó trong một giây.

Crosstalk là khi các điểm yếu (điện hoặc từ) từ một tín hiệu (dấu vết) tương tác hoặc giao nhau với tín hiệu khác (dấu vết).

Đây là những gì một tín hiệu điển hình trông giống như trong quan điểm "yếu đuối". nhập mô tả hình ảnh ở đây

Bạn chiến đấu xuyên âm theo một vài cách.

  1. CroSStmộttôikαdvdt
  2. Di chuyển tín hiệu của bạn xa hơn. Làm điều này sẽ làm giảm sự tương tác / giao điểm của các lĩnh vực từ kẻ xâm lược đến nạn nhân. Các mối thù vẫn còn đó, nhưng bạn chỉ đang nhón chân xung quanh nó. nhập mô tả hình ảnh ở đây

  3. Đưa máy bay tham chiếu của bạn đến gần hơn. Các lĩnh vực đang tìm kiếm đang tìm kiếm nơi tham khảo của họ. Đó là con đường ít trở kháng nhất cho nó. Các đường yếu trải ra đủ xa để nó cần tìm đường trở kháng thấp. Nếu bạn mang máy bay lại gần, nó sẽ chặt hơn nhiều.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Bây giờ nếu bạn có một bảng 2 lớp và bạn không thể làm cho bảng mỏng hơn (để mang hai lớp lại gần nhau hơn), thì bạn còn lại với các tùy chọn # 1 và # 2. Tuy nhiên, bạn có thể "loại sắp xếp" tùy chọn số 3 trên bảng 2 lớp bằng cách định tuyến theo dõi mặt đất song song với tín hiệu cho toàn bộ chiều dài của tín hiệu. Các điểm yếu sẽ ở đó, vậy tại sao không kiểm soát "tín hiệu" nào các trường tương tác với.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Đây là những gì bạn đã cố gắng làm với mặt đất đổ trên lớp trên cùng. Để nó có hiệu quả, nó cần phải có toàn bộ chiều dài (hoặc càng gần càng tốt) của tín hiệu (về cơ bản theo sau nó như một cái bóng). Vì vậy, các ngón tay A, B, D, E không hiệu quả và có thể làm mọi thứ tồi tệ hơn bằng cách trở thành một ăng ten vá, nhưng theo tôi thì C là một phần duy nhất ổn. Nó không hoàn toàn hiệu quả cho tín hiệu, nhưng nó sẽ không làm mọi thứ tồi tệ hơn.


Vì vậy, như tôi lấy từ câu trả lời của bạn, đổ đất chủ yếu hữu ích trong các bảng 2 lớp, khi không có mặt phẳng nối đất và mặt phẳng điện; trong PCB 4 lớp, tôi nên bỏ qua việc đổ đất trừ khi tôi có lý do chính đáng để có. Tôi đã nhận được một lời khuyên tương tự từ tài liệu PDF này ( icd.com.au/articles/Copper_Ground_Pours_AN2010_4.pdf ) từ "In-Circuit Design Pty Ltd". Vui lòng thêm một số nhận xét trong câu trả lời của bạn làm rõ về việc sử dụng bừa bãi để đổ nó vào "chủ đề" nhiều hơn để tôi chọn câu trả lời của bạn làm câu hỏi.
Guillermo Prandi

Có nhiều hơn một lý do để sử dụng đổ GND. Một là nói chuyện chéo, và thứ hai là để ngăn chặn khí thải bức xạ. Nói chung, việc thêm GND vào các lớp bề mặt sẽ giúp phát thải, nhưng, một lần nữa, tránh các đảo dài không có vias vào mặt phẳng GND. Bạn phải kiểm tra đổ cẩn thận và thêm khâu vias.
mkeith

8

tất cả các dòng đều kết thúc đơn (như UART, SPI, I²C, v.v.) và có thể có thời gian chuyển tiếp từ 1 ~ 3 ns.

Đây là nơi bạn đã đi sai. I2C và UART chạy ở tốc độ vài MHz nhanh nhất. SPI có thể chạy ở tốc độ 10 MHz. Không cần thời gian chuyển đổi nhanh như 3 ns. Bạn sẽ tiết kiệm cho mình rất nhiều đau buồn bằng cách làm chậm những điều này. Cách dễ nhất để làm điều đó là thêm kháng loạt tại các trình điều khiển cho các sơ đồ đơn hướng (UART, SPI). Đối với I2C, bạn có thể tăng sức đề kháng kéo lên để làm chậm thời gian tăng. Để làm chậm thời gian rơi, bạn sẽ chỉ cần sử dụng trình điều khiển yếu hơn (không có thiết bị I2C được xây dựng có mục đích nào sẽ tạo ra thời gian rơi nhanh như vậy).

Những gì tôi muốn biết, bỏ qua các cân nhắc định tuyến khác, là liệu "ngón tay" A, B, D và E có nên được gỡ bỏ hay có lẽ chúng góp phần làm giảm nhiễu xuyên âm giữa các rãnh.

Loại bỏ chúng.

Họ sẽ chỉ giảm nhiễu xuyên âm nếu bạn có thể tìm chỗ để đặt vias vào chúng để buộc chúng vào mặt phẳng bên dưới chúng và giữ chúng ở 0 volt dọc theo chiều dài của chúng. Và thậm chí đó là chancy. Khoảng cách nhiều hơn giữa các bản nhạc của bạn là một cách tốt hơn để giảm nhiễu xuyên âm.

Tôi lo ngại rằng tiếng ồn mặt đất có thể làm cho các "ngón tay" ăng ten tốt và tạo ra EMI không mong muốn.

Chuẩn xác.


Cảm ơn bạn. Tôi biết UART, SPI, vv có thể bị chậm lại. Đó là lý do tại sao tôi đã nói rằng có "lỗi" khác trong ví dụ PCB. Đề cập đến UART, SPI, v.v. chỉ nhằm mục đích thảo luận.
Guillermo Prandi

1
@GuillermoPrandi, tôi chỉ có thể trả lời câu hỏi bạn trình bày. Trong câu hỏi như đã trình bày, cách tốt nhất để tránh EMI và nhiễu xuyên âm là làm chậm các cạnh của tín hiệu logic không cần các cạnh nhanh như vậy.
Photon

Tuy nhiên, câu hỏi của tôi không phải là về các kỹ thuật giảm EMI mà là cách mặt đất đổ (và "ngón tay" của nó) hoạt động như thế nào trong bối cảnh xuyên âm và EMI.
Guillermo Prandi
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.