PCBA-Technologie - Einfluss von Erdflächenschlitzen auf die EMV-Eigenschaften von Leiterplatten

Ein Erdungsschlitz ist eine Aussparung in der Erdungsschicht (Erdungsebene) einer Leiterplatte, normalerweise, um einige Signalleitungen aufzunehmen oder einen alternativen Rückweg bereitzustellen, der für Mehrschichtplatinen erforderlich ist. Die Form, Größe und Lage des Schlitzes beeinflussen direkt die Leistung der Schaltung.

Analyse des Einflusses von Masseflächenschlitzen auf die EMV-Eigenschaften von Leiterplatten

Das geschlitzte Design der Bodenebene kann einen erheblichen Einfluss auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Leistung einer Leiterplatte haben, was sowohl nachteilig als auch vorteilhaft sein kann. Um dies eingehend zu verstehen, müssen wir zuerst die aktuellen Verteilungseigenschaften von Hochgeschwindigkeitssignalen und Low-Speed-Signalen auf der Leiterplatte klären. Bei Niedergeschwindigkeitsübertragungen fließt der Strom hauptsächlich entlang des Pfades des geringsten Widerstands. Wie in der Abbildung unten gezeigt, wenn der Niedergeschwindigkeitsstrom von Punkt A nach Punkt B fließt, wird sein Rückkehrsignal weit auf der Erdungsebene verteilt und zur Quelle zurückkehren. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom relativ breit verteilt.

Im Falle der Hochgeschwindigkeitsübertragung überholt jedoch der induktive Effekt auf den Signalrücklauf den Widerstandseffekt als dominierender Faktor. Das Hochgeschwindigkeits-Rücklaufsignal fließt entlang des Pfades der geringsten Impedanz und bildet ein schmales und konzentriertes Bündel, das eng der Signallinie darunter folgt.

Wenn inkompatible Schaltungen auf der Leiterplatte vorhanden sind, ist eine "Split-Ground"-Strategie erforderlich, um die Überlagerung von Rücklaufsignalen und die gemeinsame Erdimpedanzkopplung zu vermeiden. Dies bedeutet getrennte Masseebenen für Versorgungsspannung, digitale und analoge Signale, High- und Low-Speed-Signale sowie High- und Low-Current-Signale. Aus der vorherigen Beschreibung der Rückstromverteilung von High- und Low-Speed-Signalen können wir leicht die Bedeutung der Split-Ground-Strategie verstehen.

Sowohl Hochgeschwindigkeits- als auch Niedergeschwindigkeitssignale können jedoch eine Reihe ernsthafter Probleme verursachen, wenn sie offene Schlitze in der Leistungs- oder Bodenebene kreuzen. Zu diesen Problemen gehören:

Erdungsschlitze vergrößern den Stromschleifenbereich, was die Schleifeninduktivität erhöht und zu Ausgangswellenformen führt, die anfällig für Schwingungen sind.

Bei Hochgeschwindigkeitssignalleitungen, die eine enge Impedanzkontrolle erfordern und nach einem Stripline-Modell geführt werden, zerstört Schlitzen das Stripline-Modell, was zu Impedanzkonstinuitäten führt, die ernsthafte Probleme mit der Signalintegrität verursachen können.

Das Einschlitzen der Bodenfläche erhöht das Potenzial für ausgestrahlte Emissionen in den umgebenden Raum und macht die Platine anfälliger für Störungen durch Weltraummagnetfelder.

Hochfrequente Spannungsabfälle über Loop-Induktoren können eine Quelle für Gleichtaktstrahlung darstellen und Gleichtaktstrahlung durch externe Kabel erzeugen.

Das Einschlitzen der Bodenebene erhöht auch das Risiko von Hochfrequenzsignal-Übersprechen zwischen anderen Schaltungen auf der Platine.

Folgende Grundsätze sollten bei der Bodenflächenschlitzung beachtet werden:

Bei Hochgeschwindigkeitssignalleitungen, die ein enges Impedanzmanagement erfordern, müssen ihre Pfade das Routing über geteilte Regionen strikt vermeiden, um Impedanzunterbrechungen zu verhindern, die wiederum zu ernsthaften Herausforderungen bei der Signalintegrität führen können.

Wenn inkompatible Schaltkreise auf der Leiterplatte vorhanden sind,sollten Masseverteilungsmaßnahmen ergriffen werden,wobei jedoch sichergestellt werden sollte, dass Hochgeschwindigkeitssignalleitungen nicht gezwungen werden, über den geteilten Bereich zu verlegen, während auch langsame Signalleitungen über den geteilten Bereich minimiert werden sollten;

Wenn es tatsächlich unmöglich ist, eine Angleichung über den geteilten Zeitnischen hinweg zu vermeiden, sollte ein Überbrückungsprogramm für eine ordnungsgemäße Abwicklung verabschiedet werden.

Externe Verbindungen zum Stecker sollten bei der Schichttrennung vermieden werden, denn wenn es einen signifikanten Unterschied im Potential zwischen Punkt A und Punkt B auf der Schicht gibt, kann dies Gleichtaktstrahlungsprobleme durch das externe Kabel verursachen;

Im PCB-Design von Steckverbindern mit hoher Dichte sollte im Allgemeinen sichergestellt werden, dass das Erdungsnetzwerk um jedes Stiftlayout herum oder in der Stiftanordnung gleichmäßig verteiltes Erdungsnetzwerk verteilt ist, um die Kontinuität der Erdungsebene sicherzustellen und so effektiv das Auftreten von Schlitzen zu verhindern.

Das Einschlitzen der Bodenebene hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die EMV-Leistung der Leiterplatte und erfordert ein sorgfältiges Design. Die Einhaltung der Prinzipien der Vermeidung von Hochgeschwindigkeitsleitungen über den Schlitz, einer angemessenen Erdverteilung, ggf. Überbrückung und Optimierung des Layouts von Steckverbindern kann die EMV-Leistung effektiv verbessern und Produktstabilität und Zuverlässigkeit gewährleisten.