Gemeinsame Masse

Christian Hoell schrieb:

Wo liest Du das oft?

Entscheidend ist es, daß Du weißt wo welche Ströme fließen. Wenn größere Ströme aus dem Leistungsteil in der Massefläche eines empfindlichen Analogverstärkers fließen, dann kannst Du Probleme bekommen.

Es geht oftmals auch nicht nur um eine Massefläche, sondern um die ganze Masseverdrahtung, angefangen bei der Stromversorgung. Ich vermute mal daß Du verschiedene Spannungen für die einzelnen Teile brauchst. Es ist auch durchaus interessant, wo die miteinander verbunden werden.

Ich vermute also daß das Masseflächenproblem nur ein kleiner Teil eines größeren Problems der Masseführung ist.

--
Cheers
Stefan

Ist das wirklich eine Leiterplatte mit mehr als 2 Lagen die dann echte Masseflächen hat ? Wenn die Leiterplatte nur 2lagig ist würde man sich von der Fiktion von Masseflächen verabschieden und sich mit getrennten Masse/Vcc-Leitungen auf gemeinsamem Sternpunkte am Elko der Stromversorgung begnügen:

+-- Endstufe |

-+-- Controller | +-- Analog

Dabei ist es günstig zusammengehörige Masse und Vcc eng parallel zu führen:

-------------- Masse

-------------- Vcc

Diese falsche Anordnung ist eine Rahmenantenne die EMV abstrahlen kann:

+---------------------------+ | | | |

-+ +-- Masse

-+ +-- Vcc | | | | +---------------------------+

Wenn wegen der Platzaufteilung direkter Zugang zum Sternpunkz nicht möglich ist, würde man "ruhigere" Blöcke ans Ende setzen:

+-- Endstufe |

-+-- Controller -- Analog

In dieser falschen Anordnung würde der Wechselstrom des Controllers quer durch den Analogteil fliessen:

+-- Endstufe |

-+-- Analog -- Controller

Bei schwierigen Schaltungen kann es auch bei gutem Layout oft noch nötig sein analoge und digitale Schaltungsteile durch Drosseln in der Versorgung zu trennen. Das ist bei fehlgeschlagenen Layouts mit innenliegenden Masseflächen natürlich besonders erfreulich. Zudem gibts Leute die vorher keine Breadboards bauen ( "Spice und/oder Prinzip Hoffnung" ) und erst nach dem ersten Layout mit Fädeln anfangen. Da kann Multilayer und Massefläche auch mehr Hindernis als Nutzen sein.

MfG JRD

Hallo Christian,

Just my 2 Cents: Getrennte Masseflaechen, Sternverdrahtung etc. habe ich bei komplexen Geraeten nie funktionieren sehen. Ich entwickle alles mit einer Masse, seit Jahrzehnten.

Das verlangt aber immer noch eine geschickte Plazierung, also die Opamps nicht unbedingt nahe der Stelle, wo das Board mit Strom versorgt wird.

Man muss immer auch an EMV denken. Wenn ich mit getrennten Massen zur Pruefung muesste (hypothetisch, da ich es nicht tue), waere es das gleiche Gefuehl wie ein Gang in die Schule und die Hausaufgaben sind nicht fertig geworden. Letzteres ist mir als Schueler allerdings vorgekommen. Ahem.

Boards mit Prozessoren und dergleichen ganz ohne Masseflaeche fasse ich nicht mal mit der Kneifzange an.

Regards, Joerg

Hallo,

schon erstmal vielen Dank für eure Anregungen. Ich habe mich entschlossen hier nochmal ein kleines ASCII Bild der GND Planes einzufügen und die wichtigen Parts zu Kennzeichen. Vielleicht könnt ihr euch dann mein Problem ein bisschen besser vorstellen.

__________________________________________________________ |SRAM stecker Dig | Stecker Anal | | Digital GND | _______| | Prozessor | | | | _______________________________| ____| | | Oszil| ADU uC Stecker Anal | | | | Analog GND | | | |____________________________==___| _________| | | | | ==

Hallo nochmal,

ich hab noch vergessen zu erwähnen, daß es sich hierbei um eine vierlagige Leiterplatte handelt.

Mit verschienenen Spannungen für die einzelnen Teile. Die Spannungsquellen (DC/DC Wandler Spannungsregler) befinden sich alle gleich bei der Netzspeisung

Gruß

Christian

Christian Hoell schrieb:

Hallo Christian,

ich gehe mal davon aus, dass du die Lagenanzahl nicht weiter erhoehen willst. Der Lagenaufbau sieht demnach etwa folgendermassen aus:

TOP - Bestueckung und Verdrahtung VCC - Plane GND - Plane BOT - Verdrahtung

Ich denke nicht dass es bei einer GND-Plane notwendig ist Digital GND und Power GND zu trennen, so lange man darauf achtet dass die Massestroeme der Leistungsbauteile nicht quer durch den Digitalteil fliessen. Um nun zu einer zusaetzlichen analogen Masseflaeche zu gelangen, koennte man eine Ecke der VCC-Plane "opfern". Diese wuerde dann in etwa so aussehen:

----------------------------------------- | | | | | AGND | | DVCC | | | | | | ----------------| | | | |

-----------------------------------------

Die analoge VCC koennte man dann mit Drossel/Ferrit aus DVCC auskoppeln und moeglichst flaechig ueber AGND auf der LP-unterseite ausfuehren.

Gruss Markus

Hallo Christian,

Wenn es unbedingt getrennte Massen sein muessen, was ich nicht fuer sinnvoll halte, dann wuerde ich in diesem Fall versuchen, die einzelnen Planes quadratischer zu gestalten. Insbesondere wuerde ich den oberen Teil Dig GND nach links ziehen, den darunter liegenden AGND nach rechts, wobei ADU uC mit nach rechts wandert. Man kann es so machen, dass kein Bereich "Bauland" verliert. So wie ein Grundstueckstausch.

Aber wie schon gesagt, ich bin gegen Split Planes. Die Stecker, die Du eingezeichnet hast, gehen ja irgendwo hin und dort kann eine Einkopplung in Masse nicht vermieden werden. Bei Split Planes treten dadurch oft alle moeglichen Stoerungen auf, die man dann nur mit dicken Ferritkernen mildern kann, wenn ueberhaupt. Messen kann man die Effekte dann auch kaum noch, denn wo soll der Ground Clip des Tastkopfes dran? Ich hatte sogar mal einen Fall gesehen, wo das Tastkopfkabel warm wurde. Es hatten sich wohl ein paar Ampere fuer eine kleine Exkursion entschieden.

Gruesse, Joerg

Moin!

Gerade bei DACs hab ich auch so meine Probleme damit. Die meisten haben einen AGND und einen DGND, wobei AGND an die Massefläche des analogen Teils soll, DGND aber _nicht_ an die des digitalen Teils, weil der dann doch wieder zu verseucht ist (so gesehen in nem Datenblatt / Application Note von Crystal). Nach jenem Datenblatt sollen AGND und DGND am besten direkt unterm IC verbunden sein. Und natürlich sollen sie an GND des analogen Teils. Das bedeutet dann aber, daß alle Ströme, die zu den digital-Eingängen reinkommen, über die analoge Masse wieder abfließen müssen - nicht irgendwie trickreich. Analoge und digitale Massefläche an eben diesem Punkt unterm IC zusammenzuführen um das zu vermeiden, bringt spätestens dann Probleme, wenn es wie bei Christian zB noch einen Leistungsteil gibt, sonst fließt wahlweise der Digital- oder der Power-Versorgungsstrom durch den Analogteil (bei drei Schaltungsabschnitten längs hintereinander) oder man muss konsequent sternförmig designen - hier noch eine Schutzschaltung, dort noch ein Eingang, schon ist das vom Layout her praktisch unmöglich, zumindest bei zweilagig.

Gruß, Michael.

Hallo Michael,

verbunden sein. ...

Allein der Strom, der sich dann durch dieses Nadeloehr zwaengt, kann per magnetischer Einkopplung eine Menge Unheil anrichten.

Schutzschaltung, dort noch ein Eingang, schon ist das vom Layout her praktisch unmöglich, zumindest bei zweilagig.

Genau das unterscheidet Theorie von Praxis. Im Lehrbuch oder in der Vorlesung sieht alles logisch aus. In der Praxis sind all diese schoenen Sternstrukturen bei den meisten Geraeten ueberhaupt nicht durchfuehrbar. Eine einzige unerkannte aber notwendige Schleife und SNR sowie EMV sind vielleicht schon damit im Broetchen. Bei fuenf bis zehn Schleifen geht oft der Ueberblick vollends verloren.

Gruesse, Joerg

So nun hab ich ja schon eine Menge Material zum Thema aufteilen oder nicht. Nun kommt noch der Gedanke zur Ebenenaufteilung.

Zur Zeit ist das so.

Top: Bestückung Prozessor, Opamps, FETS, Leitunsgstreiber Inner 1: VCC + ein paar Leitungen Inner 2: GND, AGND, PGND (Inseln wie vorheriges Posting) Bottom: weitere Digitale und analoge Schaltungen

Nun hab ich mir überlegt, daß es doch eigentlich sinnvoller wäre die beiden inneren Layer zu tauschen. Also den Innter layer 2 (GND-Layer) direkt unter den Top-layer zu packen. Dann die schnellesten digitalen Schaltkreise (uC, SRAM, CPLD..) auf die Opberseite, damit sie einen möglichst kurzen GND bezug haben. Andere langsamere Teile wie Analoge und langsamere digitale Schaltungen dann auf die andere Seite.

Also

Top: schnelle Schaltungsteile + Leistungselektronik Inner 1: GND layer Inner 2: VCC, Versorgungslayer (verschiedene Spannungen) Bottom: langsamere Schaltungsteile.

Für jede Schaltungsgruppe gibt es eine getrenne Spannungsversorgung. D.h für digital einen 5V DC/DC Wandler und einen 12V Spannungsregler. Für analog einen 5V Spannungsregler. Die Spannungen werden jeweils aus den 24V der Power Spannungsversorgung gewonnen.

Bin schon gespannt auf eure Beitrage

Gruß

Christian

Joerg schrieb:

h bei komplexen Geraeten nie funktionieren sehen. Ich entwickle alles mit= einer Masse, seit Jahrzehnten.

Also zumindest DANA hat in seinen vielstelligen DVMs die sternf=F6rmige Masse mit Erfolg angewandt. Bild davon gibts da:

leider ist der qsl.net Server derzeit grausam lahmarschig, vielleicht ist der Zugriff aus usa schneller.

Gru=DF

Jorgen

Hallo Christian,

Die zweite Variante erlaubt aber nicht, EMV kritische Leiterbahnen "einzupacken". Allerdings ist sie fertigungstechnisch sinnvoller, weil die beiden Layer mit fast Vollkupfer zentriert sind und dann die Chance geringer ist, dass sich die Leiterplatte beim Reflow verzieht. Oder "verzoemmt", wie die Koelner sagen.

Gruesse, Joerg

Hallo Jorgen,

Ja, der Server ist derzeit auch von hier aus lahm.

Es gibt den Stern sehr haeufig, meist in aelteren Geraeten und dies scheint ja mit Hinblick auf die Kammrelais links eines zu sein. Frueher waren Dinge wie EMV nicht ganz so weit oben im Anforderungsprofil. Das ist heute anders und auch die Vorschriften sind strenger. Selbst wenn das Geraet nicht viel abstrahlt, so muessen heute die meisten Produkte auch gegen Einstrahlung gefeit sein. Das war frueher nicht immer der Fall.

Ich kann mich an eine elektronische Orgel eines Nachbarn erinnern. Sie war aufgrund der langen GND Strecken praktisch unentstoerbar. Ein Druck auf die Morsetaste und alles flog auseinander. Das Klavier eines anderen Nachbarn war hingegen stoerfest. Es hatte keine Elektronik ;-)

Gruesse, Joerg