ควรใช้พิสัยระนาบพื้นเมื่อใด?

ฉันได้อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคนิคการต่อสายดินที่เหมาะสมและการใช้ระนาบกราวด์

จากสิ่งที่ฉันได้อ่านระนาบกราวด์ให้ความจุขนาดใหญ่ที่มีชั้นที่อยู่ติดกันกระจายความร้อนได้เร็วขึ้นและลดการเหนี่ยวนำของพื้นดิน

พื้นที่หนึ่งที่ฉันสนใจเป็นพิเศษคือความสามารถในการเคลื่อนที่ของจรจัด / กาฝาก ตามที่ฉันเข้าใจแล้วนี่เป็นประโยชน์สำหรับร่องรอยพลังงาน แต่อาจเป็นอันตรายต่อสายสัญญาณ

ฉันได้อ่านคำแนะนำเล็กน้อยเกี่ยวกับสถานที่ที่จะวางระนาบพื้นดินและฉันสงสัยว่าสิ่งเหล่านี้เป็นคำแนะนำที่ดีสำหรับการติดตามและสิ่งที่จะเป็นข้อยกเว้นสำหรับคำแนะนำเหล่านี้:

1. วางระนาบกราวด์ไว้ใต้กำลังไฟฟ้า / ระนาบ
2. นำระนาบกราวด์ออกจากสายสัญญาณโดยเฉพาะอย่างยิ่งสายความเร็วสูงหรือสายที่ไวต่อความจุจรจัด
3. ใช้วงแหวนป้องกันกราวด์อย่างเหมาะสม: ล้อมรอบสายอิมพิแดนซ์สูงด้วยวงแหวนอิมพีแดนซ์ต่ำ
4. ใช้ระนาบกราวด์ท้องถิ่น (ไปที่สายไฟเดียวกัน) สำหรับระบบย่อย / ของ IC จากนั้นมัดพื้นที่ทั้งหมดกับระนาบกราวด์โลกที่ 1 จุดโดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับสถานที่เดียวกันกับที่ภาคพื้นดินและสายไฟในท้องถิ่นพบกัน
5. พยายามรักษาระนาบกราวด์ให้สม่ำเสมอ / เป็นของแข็งที่สุด

มีข้อเสนอแนะอื่น ๆ อีกไหมที่ฉันควรพิจารณาขณะออกแบบพื้น / กำลังของ PCB? เป็นเรื่องปกติไหมที่จะออกแบบเลย์เอาต์พลังงาน / ภาคพื้นดินก่อนเลย์เอาต์สัญญาณก่อน

ฉันยังมีคำถามสองสามข้อเกี่ยวกับ # 4 และเครื่องบินท้องถิ่น:

1. ฉันนึกภาพการเชื่อมต่อระนาบกราวด์ท้องถิ่นกับระนาบกราวด์ระดับโลกอาจเกี่ยวข้องกับการใช้จุดแวะ ฉันเห็นคำแนะนำว่ามีการใช้จุดจบเล็ก ๆ หลายจุด (ทั้งหมดในสถานที่เดียวกันโดยประมาณ) นี่คือสิ่งที่แนะนำมากกว่าหนึ่งผ่านที่ใหญ่กว่า?
2. ฉันควรรักษาระนาบกราวน์ / พลังงานโลกไว้ใต้ระนาบท้องถิ่นหรือไม่?

2) ฉันขอแนะนำให้ตัดพื้นทุกที่ใกล้กับสัญญาณความเร็วสูง ความสามารถในการหลงทางที่แท้จริงนั้นไม่มีผลกับอิเล็กทรอนิคส์แบบดิจิตอลมากเกินไป โดยปกติแล้วความสามารถในการหลงทางจะฆ่าคุณเมื่อมันทำหน้าที่สร้างตัวกรองกาฝากที่อินพุตของแอมป์สหกรณ์

ในความเป็นจริงก็ขอแนะนำให้เรียกใช้สัญญาณความเร็วสูงตระหง่านอยู่เหนือโดยตรงของทิวระนาบพื้น; สิ่งนี้เรียกว่า " microstrip " เหตุผลก็คือกระแสความถี่สูงติดตามเส้นทางของการเหนี่ยวนำน้อยที่สุด ด้วยระนาบพื้นเส้นทางนี้จะเป็นภาพสะท้อนในกระจกของร่องรอย สิ่งนี้จะลดขนาดของลูปซึ่งจะลด EMI ที่ผ่านการแผ่รังสีให้เหลือน้อยที่สุด

ตัวอย่างที่เด่นชัดของเรื่องนี้สามารถเห็นได้บนเว็บไซต์ของ Dr. Howard Johnson ดูรูปที่ 8 และ 9สำหรับตัวอย่างของกระแสไฟฟ้าความถี่สูงที่เข้าสู่เส้นทางของการเหนี่ยวนำน้อยที่สุด (ในกรณีที่คุณไม่รู้ดร. จอห์นสันเป็นเจ้าหน้าที่ด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณผู้แต่งได้รับการยกย่องว่าเป็น "การออกแบบดิจิทัลความเร็วสูง: คู่มือแห่งเวทมนตร์ดำ")

สิ่งสำคัญคือให้สังเกตว่าการตัดใด ๆ ในระนาบกราวน์ภายใต้สัญญาณดิจิตอลความเร็วสูงเหล่านี้จะเพิ่มขนาดของลูปเนื่องจากกระแสย้อนกลับจะต้องอ้อมอ้อมรอบคัตเอาต์ของคุณซึ่งนำไปสู่การปล่อยมลพิษเพิ่มขึ้นเช่นกัน คุณต้องการระนาบที่ไม่ขาดตอนทั้งหมดภายใต้สัญญาณดิจิตอลทั้งหมดของคุณ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าระนาบพลังงานเป็นระนาบอ้างอิงเช่นเดียวกับระนาบกราวด์และจากมุมมองความถี่สูงเครื่องบินทั้งสองนี้เชื่อมต่อผ่านตัวเก็บประจุบายพาสดังนั้นคุณสามารถพิจารณากระแสกลับความถี่สูงเป็น "กระโดด" เครื่องบินใกล้หมวก

3) หากคุณมีระนาบกราวด์ที่ดีก็ไม่มีเหตุผลอะไรที่จะใช้การ์ดป้องกัน ข้อยกเว้นจะเป็นแอมป์สหกรณ์ที่ฉันกล่าวถึงก่อนหน้านี้เพราะคุณอาจตัดระนาบกราวด์ที่อยู่ด้านล่าง แต่คุณยังต้องกังวลเกี่ยวกับความสามารถของกาฝากในการติดตามยาม เป็นอีกครั้งที่ดร. จอห์นสันอยู่ที่นี่เพื่อช่วยในการถ่ายภาพสวยๆ

4.1) ฉันเชื่อว่าจุดอ่อนเล็ก ๆ หลายแห่งจะมีคุณสมบัติการเหนี่ยวนำที่ดีกว่าเนื่องจากอยู่ในแนวขนานเมื่อเทียบกับจุดที่มีขนาดใหญ่โดยใช้พื้นที่ประมาณเท่ากัน น่าเสียดายที่ฉันจำสิ่งที่ฉันอ่านไม่ได้ซึ่งทำให้ฉันเชื่อสิ่งนี้ ฉันคิดว่าเป็นเพราะการเหนี่ยวนำของการผ่านเป็นสัดส่วนเชิงผกผันกับรัศมีเชิงเส้น แต่พื้นที่ของผ่านเป็นสัดส่วนโดยตรงกับรัศมีรัศมี (ที่มา: ดร. จอห์นสันอีกครั้ง ) ทำให้รัศมีผ่านใหญ่ขึ้น 2 เท่าและมีการเหนี่ยวนำครึ่งหนึ่ง แต่กินพื้นที่มากถึง 4x

สำหรับการเชื่อมต่อระนาบกราวด์ท้องถิ่นกับระนาบกราวด์ทั่วโลกนั้นน่าจะเป็นการดีกว่าที่จะใช้จุดอ่อนเล็ก ๆ หลายจุดเพราะจะช่วยในการกระจายกระแสไฟฟ้าและยังช่วยลดอัตราความล้มเหลวของ PCB ได้อีกด้วย

ไม่มีอันตรายใด ๆ ในการรักษาระนาบกราวด์ / พลังงานระดับโลกภายใต้ระนาบท้องถิ่นราวกับว่าคุณสังเกตการออกแบบ pcb หลายชั้นมันเป็นสิ่งที่ตามมา

ระวังอย่าให้ความถี่สูงหลวม

ผลกระทบของสายส่งสัญญาณซึ่งต้องการเทคนิค microstrip หรือ stripline นั้นมีค่าที่ควรพิจารณาเมื่อความยาวของสายคือ 1/100 หรือมากกว่าของความถี่สูงสุดของสัญญาณที่เกี่ยวข้อง (Ulaby) ดังนั้นสิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับการออกแบบไมโครเวฟ ตัวอย่างเช่นรูปคลื่น 1GHz ในอากาศมีความยาว 30 ซม. อย่างไรก็ตามใน FR-4 จะมีประมาณครึ่งหนึ่งที่ (ตารางของ epsilon r, การอนุญาตแบบสัมพัทธ์สำหรับ FR-4 มีค่าประมาณ 4 ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ) ดังนั้นการติดตามที่มีความยาวไม่กี่เซ็นติเมตรจะเป็นเรื่องที่น่ากังวลสำหรับ 1GHz

สำหรับ 10MHz เอฟเฟกต์สายส่งจะสังเกตได้ยาก ฮาร์โมนิที่ห้าของ 10MHz คือ 50MHz และใน FR-4 ที่จะประมาณ 150x10 ^ 6 m / s / 50x10 ^ 6 = 3 เมตร ดังนั้นในรถบัสที่มีความยาว 30 ซม. อาจมีจุดเริ่มต้นของการบิดเบือนเฟสมาก

ความกังวลที่แท้จริงคือเสียง โดยการวางร่องรอยของความกว้างที่เพียงพอบนระนาบกราวด์พลังงานของสัญญาณจะแพร่กระจายผ่านสารตั้งต้นระหว่างการติดตามและระนาบกราวด์ (Poynting) และอีเอ็มไอจากแหล่งอื่นไม่สามารถเข้าไปได้

เส้นแบบไมโครสตริปมีความต้านทานลักษณะซึ่งพิจารณาจากความกว้างการติดตามและความหนาของพื้นผิวและวัสดุ ทินเนอร์มีลักษณะความต้านทานสูงกว่า ความต้านทานของอากาศฟรีคือ 377 โอห์ม เมื่อร่องรอยของ Zo เข้าใกล้รูปนี้มันจะเริ่มเปล่งแสง แม้จะมีระนาบกราวด์ ในทำนองเดียวกันความหนาของวัสดุพิมพ์จะมีผลเช่นเดียวกัน โปรดทราบว่าเมื่อทำงานในความถี่สูงอิมพีแดนซ์คือกุญแจ ... การยุติการจับคู่ ... บัสที่มีความยาวเพียงพอจะมีการสะท้อนที่วัดได้หากไม่สิ้นสุดอย่างถูกต้อง

อย่างไรก็ตามด้วยการออกแบบที่หนาแน่นทำให้ความต้องการร่องรอยบาง ๆ ดังนั้นยอมอะไรบางอย่าง

เพื่อไม่ให้อิมพิแดนซ์ของบรรทัดไมโครสแตติกเปลี่ยนแปลงโดยสล็อตระนาบกราวน์สล็อตจะต้องอยู่ห่างอย่างน้อยสองไมโครสตริปห่างออกไป (หากไมโครสตริปถูกฉายในแนวตั้งกับระนาบกราวน์)

ด้านล่างนี้เป็นรูปภาพหลายรูปจากตัวแก้สนาม 3 มิติที่แสดงการกระจายของสนามไฟฟ้าภายในไมโครสโคปและความหนาแน่นกระแสในระนาบกราวด์ ข้อสรุปมีเกือบไม่มีเขตข้อมูลหรือสองความกว้างปัจจุบันอยู่ห่างจากไมโครสโคป ดังนั้นจึงอนุญาตให้มีการแบ่งระนาบพื้นได้ที่นี่

รูปที่ 1: สนามไฟฟ้าตัดขวางในแนวตั้งฉากกับสายไฟ มุมมอง 2 มิติ รูปที่ 2: สนามไฟฟ้าตัดขวางในแนวตั้งฉากกับสายไฟ มุมมอง 3 มิติ รูปที่ 3: ความหนาแน่นกระแสในระนาบกราวด์ มุมมอง 2D รูปที่ 4: ความหนาแน่นกระแสในระนาบกราวด์ มุมมอง 3 มิติ