¿Cuándo usar recortes del plano de tierra?

2) Recomiendo encarecidamente CONTRA el corte en cualquier lugar cerca de señales de alta velocidad. La capacitancia perdida realmente no tiene mucho efecto en la electrónica digital. Por lo general, la capacitancia parásita lo mata cuando actúa para crear un filtro parásito en la entrada de un amplificador operacional.

De hecho, es altamente recomendable ejecutar sus señales de alta velocidad directamente sobre un plano de tierra intacto ; esto se denomina " microstrip ". La razón es que la corriente de alta frecuencia sigue el camino de menor inductancia. Con un plano de tierra, esta ruta será una imagen de espejo de la traza de la señal. Esto minimiza el tamaño del bucle, lo que a su vez minimiza la EMI irradiada.

Un ejemplo muy sorprendente de esto se puede ver en el sitio web del Dr. Howard Johnson. Consulte figuras 8 y 9 para ver un ejemplo de corriente de alta frecuencia que toma el camino de la menor inductancia. (En caso de que no lo sepas, el Dr. Johnson es una autoridad en integridad de señales, autor del muy alabado "Diseño digital de alta velocidad: un manual de magia negra")

Es importante tener en cuenta que cualquier corte en el plano de tierra debajo de una de estas señales digitales de alta velocidad aumentará el tamaño del bucle porque la corriente de retorno debe desviarse alrededor de su corte, lo que también conduce a un aumento de las emisiones. Desea un plano totalmente ininterrumpido debajo de todas sus señales digitales. También es importante tener en cuenta que el plano de potencia también es un plano de referencia al igual que el plano de tierra, y desde una perspectiva de alta frecuencia, estos dos planos están conectados a través de capacitores de derivación, por lo que puede considerar una corriente de retorno de alta frecuencia para "saltar" Aviones cerca de las gorras.

3) Si tienes un buen plano de tierra, no hay prácticamente ninguna razón para usar un rastro de guardia. La excepción sería el amplificador operacional que mencioné anteriormente, porque es posible que hayas cortado el plano de tierra debajo de él. Pero aún debe preocuparse por la capacitancia parasitaria de un rastro de guardia. Una vez más, Dr. Johnson está aquí para ayudar con imágenes bonitas .

4.1) Creo que múltiples vías pequeñas tendrán mejores propiedades de inductancia ya que están en paralelo, en lugar de una grande que ocupa aproximadamente la misma cantidad de espacio. Desafortunadamente no puedo recordar lo que leí que me llevó a creer esto. Creo que es porque la inductancia de una vía es linealmente inversamente proporcional al radio, pero el área de la vía es cuadráticamente directamente proporcional al radio. (fuente: Dr. Johnson otra vez ) Haga que el radio de la vía sea 2x más grande, y tiene la mitad de la inductancia, pero ocupa 4 veces más área.

En lo que respecta a la conexión de los planos de tierra locales al plano de tierra global, es mejor usar múltiples vías pequeñas, ya que ayudará a distribuir la corriente y también se minimiza la tasa de fallos de PCB, además de proporcionar una mejor disipación de calor. p>

No hay ningún daño en mantener los planos globales de tierra / energía debajo de los planos locales, ya que si observa los diseños de PCB de varias capas, es lo que se sigue.

Tenga cuidado de no definir la alta frecuencia.

Los efectos de la línea de transmisión, que requieren técnicas de microstrip o stripline, vale la pena considerar cuando la longitud de la línea es 1/100 de la frecuencia de preocupación más alta de la señal (Ulaby). Por lo tanto, esto es útil para los diseños de microondas. Por ejemplo, una forma de onda de 1 GHz en el aire tiene una longitud de 30 cm, sin embargo, en FR-4 tiene aproximadamente la mitad (sqrt de epsilon r, permitividad relativa, para FR-4 es aproximadamente 4, dependiendo de la composición). Por lo tanto, una huella de unos pocos centímetros de largo definitivamente sería una preocupación para 1 GHz.

Para 10MHz, los efectos de la línea de transmisión son apenas perceptibles. El quinto armónico de 10MHz es 50MHz, y en FR-4 sería aproximadamente 150x10 ^ 6 m / s / 50x10 ^ 6 = 3 metros. Por lo tanto, en un bus de 30 cm de largo, uno puede experimentar los inicios de la distorsión de fase.

La verdadera preocupación es el ruido. Al colocar una traza de ancho suficiente sobre un plano del suelo, la energía de la señal se propaga a través del sustrato entre la traza y el plano del suelo (Poynting). Y EMI de otras fuentes no puede entrar.

Las líneas de microstrip tienen una impedancia característica que está determinada por el ancho del trazo y el grosor del sustrato y el material; trazas más delgadas tienen mayor impedancia característica. La impedancia del aire libre es de 377 ohmios. Cuando el rastro de Zo se acerca a esta figura, comienza a irradiar. Incluso con un plano de tierra. De la misma manera, engrosar el sustrato tiene el mismo efecto. Tenga en cuenta que cuando se trabaja en alta frecuencia, la impedancia es clave ... terminación, coincidencia ... un bus suficientemente largo tendrá reflexiones medibles si no se termina correctamente.

Sin embargo, con diseños densos viene la necesidad de trazas finas. Entonces, compromete algo.

Para mantener la impedancia de la línea de microstrip sin cambiar por una ranura del plano de tierra, la ranura debe ubicarse a una distancia de al menos dos anchos de microstrip (si la microstrip se proyecta verticalmente al plano de tierra).

A continuación se muestran varias imágenes de un solucionador de campo 3D que muestra la distribución del campo eléctrico dentro de la microtira y la densidad de corriente en el plano de tierra. La conclusión casi no hay campo ni dos anchos actuales alejados de la microplaqueta. Por lo tanto, aquí se permiten las roturas del plano de tierra.

Figura 1: Sección transversal del campo eléctrico perpendicular a la línea de banda. Vista 2D. Figura2:Seccióntransversaldelcampoeléctricoperpendicularalalíneadebanda.Vista3D. Figura3:Densidaddecorrienteenelplanodetierra.Vista2D Figura4:Densidaddecorrienteenelplanodetierra.Vista3D