접지면 컷 아웃을 언제 사용해야합니까?

적절한 접지 기술과 접지면 사용에 대해 더 많이 읽었습니다.

내가 읽은 내용에서 접지면은 인접한 레이어와 함께 큰 정전 용량을 제공하고 더 빠른 열 분산을 제공하며 접지 인덕턴스를 줄입니다.

내가 특히 관심이있는 영역은 생성 된 부유 / 기생 용량입니다. 내가 이해하는 것처럼, 이것은 전력 트레이스에 유용하지만 신호선에 해로울 수 있습니다.

나는 단단한지면을 배치 할 위치에 대한 몇 가지 제안을 읽었으며, 이것이 권장되는 권장 사항인지 그리고 이러한 제안에 대한 예외가 무엇인지 궁금합니다.

1. 접지면을 전력 추적 / 평면 아래에 두십시오.
2. 신호선, 특히 고속선 또는 부유 용량에 민감한 선에서 접지면을 제거하십시오.
3. 접지 보호 링을 적절하게 사용하십시오. 낮은 임피던스 링으로 주변의 고 임피던스 라인.
4. IC / 서브 시스템에 대해 로컬 접지면 (전력선과 동일)을 사용한 다음 모든 접지를 1 점에서 전역 접지면에 연결하십시오.
5. 접지면을 가능한 한 균일하고 견고하게 유지하십시오.

PCB의 접지 / 전력을 설계 할 때 고려해야 할 다른 제안이 있습니까? 전력 / 접지 레이아웃을 먼저 설계하고, 신호 레이아웃을 먼저 설계 하는가, 아니면 함께 이루어 집니까?

# 4와 로컬 비행기에 대한 질문도 있습니다.

1. 로컬 접지 평면을 글로벌 접지 평면에 연결하는 데 비아 사용이 필요할 수 있습니다. 여러 개의 작은 비아 (모두 거의 동일한 위치에 있음)가 사용되는 제안을 보았습니다. 하나의 더 큰 비아보다 권장됩니까?
2. 전역 지상 / 전력 비행기를 지역 비행기 아래에 유지해야합니까?

2) 고속 신호 근처에서 AGAINST 절단 장을 강력히 추천합니다. 스트레이 커패시턴스는 실제로 디지털 전자 장치에 큰 영향을 미치지 않습니다. 보통 스트레이 커패시턴스가 연산 증폭기의 입력에서 기생 필터를 만들 때 작동합니다.

실제로, 고속 신호를 끊어지지 않은 접지면 위에 직접 설치하는 것이 좋습니다 . 이것을 " 마이크로 스트립 " 이라고합니다 . 고주파 전류가 최소 인덕턴스 경로를 따르기 때문입니다. 접지면에서이 경로는 신호 트레이스의 미러 이미지가됩니다. 이는 루프의 크기를 최소화하여 방사 EMI를 최소화합니다.

하워드 존슨 박사의 웹 사이트에서 매우 놀라운 예를 볼 수 있습니다. 최소 인덕턴스 경로를 취하는 고주파 전류의 예는 그림 8 및 9 를 참조하십시오 . (당신이 모르는 경우, 존슨 박사는 신호 무결성에 대한 권위자이며, 매우 찬사를받은 "고속 디지털 디자인 : 블랙 매직 핸드북"의 저자)

이 고속 디지털 신호 중 하나 아래의 접지면을 절단하면 루프의 크기가 커져서 리턴 전류가 컷 아웃 주변을 우회해야하기 때문에 방출이 증가한다는 점에 유의해야합니다. 모든 디지털 신호 아래에 완전히 깨지지 않은 평면이 필요합니다. 또한 전력 평면은 접지 평면과 마찬가지로 기준 평면이며 고주파 관점에서이 두 평면은 바이 패스 커패시터를 통해 연결되므로 고주파수 리턴 전류를 "점프"로 간주 할 수 있습니다. 모자 근처 비행기.

3) 접지면이 양호하면 가드 트레이스를 사용할 이유가 거의 없습니다. 위에서 언급 한 연산 증폭기는 예외입니다. 접지면 아래에서 접지면을 절단했을 수도 있습니다. 그러나 여전히 가드 트레이스의 기생 커패시턴스에 대해 걱정할 필요가 있습니다. 다시 한 번, 존슨 박사는 예쁜 사진을 돕기 위해 왔습니다 .

4.1) 여러 개의 작은 비아가 거의 동일한 공간을 차지하는 하나의 큰 비아에 비해 병렬로되어 있기 때문에 인덕턴스 특성이 더 우수하다고 생각합니다. 불행히도 나는 내가 읽은 것을 기억하지 못해 이것을 믿었습니다. 비아의 인덕턴스가 반지름에 반비례하기 때문에 비아의 면적이 반지름에 직각적으로 비례하기 때문입니다. (출처 : Dr. Johnson 다시 ) 비아 반경을 2 배로 늘리면 인덕턴스의 절반이되지만 면적은 4 배가됩니다.

로컬 접지 평면을 글로벌 접지 평면에 연결하는 한, 여러 개의 작은 비아를 사용하는 것이 전류 분배에 도움이되고 PCB의 고장률이 최소화되어 방열 효과가 우수합니다.

다층 PCB 설계를 관찰하는 것처럼 전역 접지 / 전력 평면을 로컬 평면 아래에 유지하는 데 아무런 해가 없습니다.

고주파를 느슨하게 정의하지 않도록주의하십시오.

마이크로 스트립 또는 스트립 라인 기술을 필요로하는 전송 라인 효과는 라인의 길이가 신호의 최대 관심 주파수 (Ulaby)의 1/100보다 클 때 고려할 가치가 있습니다. 따라서 이것은 마이크로파 설계에 유용합니다. 예를 들어, 공기 중 1GHz 파형의 길이는 30cm이지만 FR-4에서는 약 절반 (FR-4의 상대 유전율은 조성에 따라 약 4)입니다. 따라서 수 센티미터 길이의 트레이스는 1GHz에 대해 확실히 우려 할 것입니다.

10MHz의 경우 전송 라인 효과가 거의 눈에 띄지 않습니다. 10MHz의 다섯 번째 고조파는 50MHz이며 FR-4에서는 약 150x10 ^ 6m / s / 50x10 ^ 6 = 3 미터입니다. 따라서 30cm 길이의 버스에서 위상 왜곡이 시작될 수 있습니다.

실제 관심사는 소음입니다. 접지면에 충분한 폭의 트레이스를 놓음으로써 신호의 에너지는 트레이스와 접지면 사이에서 기판을 통해 전파됩니다 (Poynting). 다른 소스의 EMI도 들어갈 수 없습니다.

마이크로 스트립 라인은 트레이스 폭 및 기판 두께 및 재료에 의해 결정되는 특성 임피던스를 가지며; 트레이스가 얇을수록 특성 임피던스가 높습니다. 자유 공기의 임피던스는 377 옴입니다. 트레이스의 Zo가이 수치에 접근함에 따라 방사가 시작됩니다. 접지면에서도. 마찬가지로, 기판을 두껍게 만드는 효과도 동일합니다. 고주파에서 작업 할 때 임피던스는 핵심입니다 ... 종단, 정합 ... 충분히 긴 버스는 올바르게 종단되지 않으면 측정 가능한 반사를 갖게됩니다.

그러나 밀도가 높은 디자인에는 얇은 흔적이 필요합니다. 따라서 무언가를 타협하십시오.

접지면 슬롯에 의해 마이크로 스트립 라인 임피던스를 변경하지 않으 려면 슬롯이 최소 2 개의 마이크로 스트립 폭에 있어야합니다 (마이크로 스트립이 접지면에 수직으로 돌출 된 경우).

아래는 3D 필드 솔버의 몇 가지 그림으로, 마이크로 스트립 내부의 전기장 분포와 접지면의 전류 밀도를 보여줍니다. 결론적으로 micrsotrip에서 2 개의 폭만큼 떨어진 필드 나 전류는 거의 없습니다. 여기에서 접지면 파손이 허용됩니다.

그림 1 : 스트립 라인에 수직 인 전기장 단면. 2D 뷰. 그림 2 : 스트립 라인에 수직 인 전기장 단면. 3D보기. 그림 3 : 접지면의 전류 밀도. 2D보기 그림 4 : 접지면의 전류 밀도. 3D 뷰