ตำแหน่งของ Vias เพื่อเชื่อมต่อระนาบกราวด์

ฉันสงสัยมากเกี่ยวกับการฝึกสายดินในโครงร่าง PCB คำถามแรกของฉันเกี่ยวกับประเด็นนี้ ฉันสังเกตเห็นว่าบน PCB แบบ 2 เลเยอร์ธรรมดาที่มีระนาบกราวด์ทั้งสองด้านโดยทั่วไปจะมีจุดจบเล็กน้อยหรือหลายจุดที่เว้นระยะเพื่อเชื่อมต่อพวกมันด้วยอิมพีแดนซ์ที่น้อยที่สุดระหว่างทองแดงสองเท

อย่างไรก็ตามบนกระดาน RF การวางตำแหน่งผ่านทางนั้นดูมีเจตนามากขึ้นและฉันก็สงสัยเกี่ยวกับทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังสิ่งนี้ จุดอ่อนที่เชื่อมต่อระนาบกราวด์มักจะทำการติดตามรอยคลื่นความถี่ ดูตัวอย่างของท่อนำคลื่น coplanar ที่แตกต่างกัน:

ฉันยังมีคำถามที่สองเกี่ยวกับการต่อสายดินบน PCB เมื่อไหร่ที่เหมาะสมที่จะ "แยก" ระนาบกราวด์ออกจากกัน? และการมีระนาบกราวน์บนเลเยอร์หนึ่ง (สมมุติว่าสุดยอด) แยกจากความช่วยเหลือซึ่งกันและกันเมื่อระนาบกราวน์ทั้งสองนั้นเชื่อมต่อกับระนาบกราวด์เดียวกันที่ด้านล่างผ่านจุดแวะ เมื่อเรามีระนาบพื้นดินที่แยกได้เหล่านี้ตำแหน่งผ่านทางนั้นแตกต่างจากกรณีใดกรณีหนึ่งข้างต้นหรือไม่?

หมายเหตุ: ฉันทราบถึงความเป็นไปได้ที่ซ้ำกันที่นี่แต่ฉันไม่พอใจกับคำตอบและคิดว่าคำถามของฉันขอรายละเอียดเพิ่มเติม

ขอขอบคุณสำหรับข้อมูล.

เลย์เอาต์ที่คุณแสดงดูเหมือนสิ่งที่เรียกว่าท่อนำคลื่น Coplanar ที่รองรับด้วยทองแดง (CBCPW) นั่นหมายถึงการส่งกลับของภาคพื้นดินสำหรับ waveguide ไม่เพียง แต่ในบริเวณ coplanar (พื้นดินเติมในชั้นเดียวกับร่องรอยสัญญาณ) แต่ยังอยู่ในชั้นระนาบทันที "ใต้" ชั้นสัญญาณ โครงสร้างนี้ค่อนข้างลึกลับในแง่ที่ฉันเคยเห็นมันใช้ในระบบดิจิตอลเมื่ออัตราข้อมูลมากกว่า 20 Gb / s

ฉันพบสิ่งที่ดูเหมือนเป็นการสนทนาที่สมเหตุสมผลเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่าง CBCPW และ microstrip ในบทความ Microwave Journalของวิศวกร Rogers Corp

บทความนี้แสดงให้เห็นว่า CBCPW มีการสูญเสียต่ำกว่าไมโครสตริปที่ความถี่ที่การสูญเสียรังสีมีความสำคัญในไมโครสตริปประมาณ 25 GHz และสูงกว่าซึ่งอธิบายว่าทำไม CBCPW จึงไม่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในความถี่ต่ำ

การตอบคำถามของคุณบทความนี้ชี้ให้เห็นข้อกำหนดพิเศษบางประการสำหรับการต่อสายดินในโครงสร้าง CBCPW:

สำหรับการต่อสายดินที่เหมาะสมวงจร CBCPW จะใช้จุดแวะเพื่อเชื่อมต่อระนาบกราวด์ชั้นบนสุดกับระนาบกราวด์ชั้นล่าง การวางตำแหน่งของจุดแวะเหล่านี้อาจมีความสำคัญสำหรับการบรรลุลักษณะความต้านทานและการสูญเสียที่ต้องการเช่นเดียวกับการกดโหมดคลื่นกาฝาก

นี่หมายความว่าโดยทั่วไปแล้วถ้าไม่มีจุดต่อการเย็บบ่อย ๆ ระหว่างพื้น coplanar และพื้นสำรองพลังงานสามารถถูกถ่ายโอนไปยังโหมดการแพร่กระจายที่ไม่ต้องการซึ่งจะทำให้เกิดการสูญเสียการแทรกเกินหรือการกระจายแรงในลักษณะสายส่ง

ตอนที่ 1:สล็อตที่มีความยาวในระนาบกราวด์ด้านบนสามารถทำหน้าที่เป็นเสาอากาศได้ทั้งในแง่ของการแผ่คลื่นและยกกระแสที่พยายามไหลในแนวตั้งฉากกับสล็อต คุณสามารถนึกถึงสล็อตว่าเป็น "สายลบ" แปลก ๆ รายละเอียดเพิ่มเติมสามารถพบได้ที่นี่

กระแสความถี่สูงที่พยายามจะได้รับจากระนาบพื้นผิวด้านบนชิ้นหนึ่งไปยังอีกชิ้นหนึ่ง (ไหลตั้งฉากกับร่องรอย RF) ถูกบังคับให้ไหลรอบขอบของช่องว่างระหว่างชิ้นส่วน พิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นหากความยาวของช่องเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของกระแส แรงดันไฟฟ้าข้ามช่องเสียบถูกบังคับให้เป็นศูนย์ที่ส่วนท้ายของช่องเสียบ (ที่เชื่อมต่อชิ้นส่วน) แต่นี่หมายความว่าความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าข้ามช่องเสียบจะสูงที่สุดที่กึ่งกลางของช่องเสียบ ในทำนองเดียวกันกระแส (ข้ามช่องเสียบ) จะถูกบังคับให้เป็นศูนย์ที่กึ่งกลางของช่อง แต่จะมีค่าสูงสุดที่จุดสิ้นสุดของช่อง นี่คือไฟฟ้า "คู่" ของเสาอากาศลวดครึ่งคลื่นธรรมดาซึ่งกระแสสูงสุดที่กึ่งกลางและแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ปลาย ช่องเสียบและสายไฟมีประสิทธิภาพเท่ากันกับเสาอากาศ

จุดอ่อนหลายจุดที่เชื่อมต่อทั้งสองด้านของช่องเสียบกับระนาบกราวด์แบบทึบในอีกด้านหนึ่ง "ย่อ" เสาอากาศแบบช่องนี้ทำให้ไม่สามารถแก้ปัญหานั้นได้

ตอนที่ 2:ระนาบกราวด์อิสระสำหรับระบบย่อย "ที่มีเสียงดัง" (หรือสำหรับเรื่องนั้นระบบย่อยที่จำเป็นต้องมี "เงียบ" โดยเฉพาะ) บนกระดานซึ่งเชื่อมต่อกับระนาบกราวด์ระดับระบบที่จุดเดียว จำกัด กระแสการส่งคืนสำหรับสัญญาณภายในระบบย่อยนั้นไปยังพื้นที่ของบอร์ดป้องกันไม่ให้ส่งผลกระทบต่อ (หรือถูกกระทบจาก) ระบบย่อยอื่น ๆ บนบอร์ด

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณมีระบบเก็บข้อมูลที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งมี ADC ความละเอียดสูงและวงจรปรับสภาพสัญญาณอะนาล็อกบางส่วนขึ้นไป คุณอาจสร้างระนาบกราวน์หนึ่งอันสำหรับวงจรอะนาล็อกและอีกอันหนึ่งสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์และคริสตัลและอุปกรณ์ต่อพ่วงดิจิตอลอื่น ๆ (เช่นชิปหน่วยความจำแฟลชขนาดใหญ่) และเชื่อมต่อแต่ละอันเข้ากับระนาบกราวด์ระบบ (หรือกัน) แค่จุดเดียว สิ่งนี้จะช่วยรักษาสัญญาณรบกวนความถี่สูงของคริสตัลและสัญญาณ I / O ดิจิตอลสลับอย่างรวดเร็วอื่น ๆ ของไมโครโปรเซสเซอร์ออกจากระนาบกราวน์สำหรับวงจรอะนาล็อกที่ละเอียดอ่อน คุณจะเห็นสิ่งนี้หากคุณดูเลย์เอาท์ของบอร์ดประเมินผลที่ผู้ผลิตผลิตสำหรับชิป ADC และ DAC ความละเอียดสูง

ใน CPW หรือ Coplanar Wavequide พลังงาน RF อยู่ระหว่างตัวนำที่อยู่ด้านบนของวัสดุพิมพ์ นี่เป็นเรื่องธรรมดาในเซมิคอนดักเตอร์ที่ยากต่อการเข้าถึงระนาบพื้นและระยะทางสั้นมาก สำหรับ PCBs นั้นจำเป็นต้องมีจุดล่างสุดและสิ่งนี้เรียกว่าท่อนำคลื่น Coplanar (CPWG) หรือสายส่งคลื่นตัวนำ Coplanar ที่รองรับ (CBCPWG) ระยะห่างผ่านคือการสร้างกำแพงเสมือนพลังงาน RF ไม่สามารถรั่วไหลผ่าน ความถี่ที่สูงขึ้นความยาวคลื่นที่สั้นลง นี่คือลิงค์ไปยังกระดาษที่แสดงสิ่งนี้ผ่านการทดสอบกระดานต่าง ๆ ในหน้า 14 - 21

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