Leiterplattentechnisch - Wie man Löcher auf der Leiterplatte durchsetzt?

Ich kann keine Erklärung finden, warum Leute so viele Vias (~50) wie möglich entlang der Kupferspuren (oder irgendwo auf der Leiterplatte) platzieren möchten, diese Vias übertragen Hochfrequenz-HF (100 MHz bis GHz) Signale.

In meinem Fall gibt es zwei Masseebenen (Dumping) auf beiden Seiten meiner Leiterplatte. Meine Intuition ist jedenfalls, dass man durch das Via eine gegenseitige Masse zwischen den beiden Erdungsebenen erzeugt, so dass kein Signal von der oberen Erdungsebene zur unteren Erdungsebene entlang des Randes der Leiterplatte übergeht.

Dies liegt daran, dass die Peripherie der Leiterplatte wie eine Schleife von HF-Leckstrom ist. Um die induzierte Stromschleife zu minimieren, muss eine "Verknüpfung" vorgesehen werden, damit die beiden Ebenen in direktem Kontakt stehen können? Habe ich recht?

Es steht im Zusammenhang mit Impedanz. Bei Hochfrequenzsignalen, wenn Sie eine große Strecke von einem Stück GND-Kupfer zu einem anderen Stück GND-Kupfer gehen müssen, wird es eine hohe Impedanz erfahren, so dass Spannung erzeugt werden kann. Mit anderen Worten, für hohe Frequenzen ist GND, sofern es keinen kurzen Pfad gibt, kein echter GND. Daher müssen Sie manchmal Vias hinzufügen, um verschiedene GND-Kupferdrähte zusammenzunähen.

Ich denke, die erstklassige Antwort ist zu viel für mich. Ich habe Arbeit und Familie. Die Grundidee ist, dass, wenn der Rückstrom einem langen Weg folgen oder etwas umgehen muss, es Induktivität gibt, und selbst wenn der Gleichstromwiderstand des Weges niedrig ist, die Impedanz des Weges bei hohen Frequenzen hoch ist.

Sie sprechen eigentlich über zwei sehr unterschiedliche Dinge. Eine davon ist durch Stitching, das ist ein gitterartiges Muster von Vias. Sie können zwei Bodenebenen miteinander verbunden sehen.

Die andere ist durch den Zaun, der ein Durchgang ist, das die HF-Spuren auf allen Seiten vollständig umgibt, mit Ausnahme des Endes, das an der Antenne oder dergleichen enden kann.

Nun kann auf jeder Leiterplatte, ob sie ein DC- oder 5GHz-Signal trägt, die Masseebene mit einem bestimmten konventionellen Muster verbunden werden (innerhalb eines angemessenen Bereichs können Sie dies nach Ihren eigenen Vorlieben tun). Es stellt sicher, dass alle Kupferinseln, die unbemerkt bleiben könnten, tatsächlich geerdet sind (es geschieht an unserem besten Ort), dass alles den kürzesten Erdweg hat und dass der Boden im Allgemeinen als Boden gehalten wird.

Nun ist der Boden bei hohen Frequenzen kein besonders nützliches Konzept. Selbst bei Gleichstrom fließt Erdrückstrom durch die Erdungsebene, und Kupfer hat einen geringen Widerstand. Der Boden ist nur eine Fantasie, es gibt keine magische Kupferplatte, die an jedem Punkt das gleiche Potenzial hat. Erdung bedeutet einfach, dass wir versuchen, nahe am gleichen Potenzial zu bleiben, mit unterschiedlichem Erfolg, und wählen dieses Potenzial als 0V-Referenzspannung für den Rest unserer Schaltung.

Solange jedoch ein Strom zu fließen beginnt, erzeugt er eine Spannung auf dem Strom, der durch das Kupfer fließt, die entweder den Strom ausbreiten oder unsere Masse "abprallen" lassen kann, je nachdem, welchen Teil der Leiterplatte Sie betrachten, und...Nichts hat wirklich das gleiche Potenzial. Sogar den Boden. Nähen gilt als "Best Practice", um sicherzustellen, dass der Boden in Bezug auf Spannung und Potential enger zwischen einem Teil des Bodens und einem anderen Teil des Bodens auf kostengünstige Weise gekoppelt ist.

Wie gesagt, Sie werden nie zu viele Erdnadeln haben. Es gilt auch für Bodendurchführungen.

Eine weitere wichtige Verwendung von Durchkontaktierungen ist die thermische Leistung. Vias, als sehr guter Wärmeleiter, ist definitiv viel besser als FR4. Wann immer Vias für thermische Leistung verwendet werden, werden Sie in der Regel sehen, dass ihre Verpackung so vernünftig wie möglich ist und eine Kupferplatte abdeckt, die ausbrennt, wenn die Leiterplatte mit Energie versorgt wird. Selbst bei bescheideneren Anforderungen ist es fast immer vorzuziehen, eine engere Leiterplatte mit weniger thermischer Kopplung zu haben. Wenn die Temperatur auf der Leiterplatte ähnlicher ist, wird alles, was mit der Temperatur driftet (fast alles auf der Leiterplatte) zusammen driften.

Für die HF-Platine ist die Situation jetzt anders. Mit anderen Worten, der Rückstrom hinterlässt keine wirklichen Probleme mehr für Ihre Bodenebene. Bei niedrigen Frequenzen breitet sich unser Erdungsschleifenstrom etwas aus und nimmt den kürzesten geometrischen Weg, um das niedrigste Potential zu erreichen (Dinge, die unsere Erdungsebene erden, wie die Masse der Stromversorgung, die Batterie).

Bei gleichmäßiger und mittlerer Frequenz wird der Erdrückstrom durch die reaktive Komponente der Impedanz gesteuert. Die Reaktanz (imaginärer Teil) einer komplexen Impedanz ist ein Maß für Impedanz. Dies liegt daran, dass die verschiedenen Elemente in der Schaltung Energie mit einer bestimmten Geschwindigkeit speichern. Im Gegensatz zur Widerstandskomponente (Ist) ist die Widerstandskomponente einfach die Impedanz, die durch den Energieverbrauch verursacht wird. Ein gewisses Verhältnis.

Die Reaktionsfähigkeit ist frequenzabhängig, da die gespeicherte Energie nicht nur verschwindet, sondern in den Kreislauf zurückkehrt, und die Geschwindigkeit, mit der etwas schwingt, bestimmt, wie viel Zeit (und folglich wie viel Energie benötigt wird), bevor es ankommt, um beim nächsten Schwung freigegeben zu werden.

Reaktivität ist immer auf zwei Arten von Energie zurückzuführen, die in einem elektrischen Feld oder einem Magnetfeld gespeichert werden. Und Kapazität und Induktivität sind nur Maß für die Fähigkeit, Energie in einem elektrischen oder magnetischen Feld zu speichern. Jetzt fängt alles an, zusammen zu kommen, oder?

Der Strom folgt dem Pfad der geringsten Impedanz. Wenn die Frequenz steigt, muss unser Rückstrom die Induktivität und Kapazität minimieren, die zwischen dem positiven Strom und dem Erdrückstrom gebildet werden. Es hofft, die Menge Energie, die im Parasiten gespeichert werden kann, zu minimieren.

Unser Bodenstrom fließt so weit wie möglich direkt unter dem Pfad des ursprünglichen Stroms.

Wie Sie sehen können, ist 100MHz nicht an dem schönen kurzen Weg interessiert, den wir zur Verfügung stellen. Tatsächlich ignoriert sie sie völlig.

Aus diesem Grund unterscheiden sich die Durchgangsnaht und die Zäune auf der HF-Platine völlig von denen, die mit dem Boden verbunden sind oder ein gutes Bodenpotential beibehalten. Ja, ich muss endlich deine Frage beantworten!

Elektromagnetische Wellen im Sub-300 GHz Bereich, die wir normalerweise Radiowellen nennen, sind das Ergebnis der Beschleunigung von Ladungsträgern. Immer wenn ein Ladungsträger beschleunigt wird, werden elektromagnetische Wellen emittiert. Aufgrund einiger ernsthafter Physik jenseits dieses Bereichs wird es ein wenig Energie, Impuls und Drehimpuls enthalten, und die Strahlung wird genau richtig sein, um sie zu erhalten. Natürlich kann es mit Langstrecken-Ladungsträgern interagieren, und dieses Momentum, Drehimpuls und Energie können zurück auf andere Ladungsträger übertragen und dadurch beschleunigt werden. Das ist natürlich die physikalische Grundlage aller Funktechnologien.

Damit der Ladungsträger beschleunigt werden kann, muss er mobil sein. Mit anderen Worten, wir brauchen Kommando.

Die beängstigende Tatsache hier ist, dass alles, was Strom leitet, eine Antenne ist und bald fast alle Frequenzen hoch genug ausstrahlen und aufnehmen wird, um die Wellenlänge klein genug zu machen, um den Leiter zu passen.

Unsere einzige wirkliche Verteidigung ist, alle unsere leitenden Wege zu kurz zu machen, um effektive Kühlkörper bei den Frequenzen von Interesse zu sein.

Daher ist die beste Praxis, jede Kupfergießung auf der HF-Platine zu schalten, bei der die Via Pitch mindestens Î"/10 der höchsten Zielfrequenz Î"/10, d.h. Î"/10, ist. Wenn möglich, möchte man unbedingt auf die Î"/20 Pitch in der Via in einem Raster-Muster zielen.

Das bringt uns zum erschreckendsten Teil, wohl der wichtigste Impuls und die treibende Kraft hinter dem vorbeifahrenden Zaun: Nichts wird vom Ladungsträger gelenkt...

...ist ein großartiger elektromagnetischer Wellenleiter.

Das ist richtig, alles, was wir Isolatoren, Dielektriken nennen, einschließlich Vakuum- oder schöne PTFE-Drahtisolationsschicht oder unser PCB FR4-Laminat – sie sind alle Leiter für Strom, aber für elektromagnetische Wellen. Sie sind Leiter elektromagnetischer Wellen. Andererseits ist ein Leiter ein Isolator elektromagnetischer Wellen (Reflektoren können eine bessere Analogie sein).

Wenn Sie Kabel-TV oder Internet haben, kennen Sie die 75Ω RG6- oder RG59-Koaxialkabel, die es tragen und es funktionieren lassen. Betrachtet man den Querschnitt, sieht man das weiße Material zwischen dem Schildgeflecht und dem einzelnen Mittelleiter. Das ist ein dielektrischer Schaum. Die Signale, die entlang des Kabels reisen, werden nicht von Kupferleitern getragen, sondern von weißem Schaum. Koaxialkabel sind keine herkömmlichen alten leitfähigen Kabel. Koaxialkabel sind Wellenleiter.

Wenn die Frequenz hoch genug wird, dass die Wellenlänge der Kupfermerkmalgröße auf dem PCB, Du musst einen lang anhaltenden Kampf kämpfen, um all diese elektromagnetischen Wellen aufzufangen und sie dorthin zu bewegen, wo du sie haben willst, anstatt dorthin zu gelangen. Ort. Und sie werden glücklich durch den köstlichen dielektrischen Kern Ihrer PCB, aus FR4, bis zur Seite der Platine, Ausstrahlen wie höllische kleine schwingende Fledermäuse.

Ihre beiden Bodenflugzeuge werden ausgezeichnete Wellenleiter sein! Sie prallen zwischen ihnen auf dem Weg von der Seite der Leiterplatte ab und können direkt in die HF-Messgeräte gelangen, die in der FCC-Zertifizierung verwendet werden, und Sie werden versagen.

Daher ist der Rasterabstand der Vias, die wir verlegen, enger als die kürzeste Wellenlänge, um die wir uns Sorgen machen müssen. Nicht weniger als Î"/10, aber besser Î"/20. Wie das Gitter an der Mikrowellentür sind diese Vias zu fest verpackt, damit diese Wellen nicht austreten.

Das Passieren von Fechten ist aus dem gleichen Grund, aber normalerweise, weil wir tatsächlich versuchen, einige Wellen auszustrahlen, aber wir wollen sie in Flaschen füllen, bis sie durch irgendeine Art von Antennenfunktion oder wie wir wollen entkommen können. Unter normalen Umständen kann der Zaun auch als externer Teil des Wellenleiters verwendet werden, wenn Sie möchten, kann er auch wie ein flaches Koaxialkabel sein. Neben der sorgfältig berechneten Abisoliergröße des Mikrostreifens ist auch der Spalt wichtig.

Auf jeden Fall die endgültige Antwort auf Ihre Frage: Alle diese Filter sollen weiter schütteln.