Kilka tygodni temu zrobiłem deskę dwuwarstwową, która miała dedykowany samolot naziemny. Przekazałem 90% sygnałów na górnej warstwie i przez ostatnie 10% musiałem je poprowadzić przez dolną (naziemną) płaszczyznę.
Powiedziano mi, że generalnie złamanie płaszczyzny uziemienia jest złą praktyką, ponieważ nie jest tak skuteczne jak solidne. Dlaczego tak jest?
Czy dotyczy to również samolotów energetycznych? Czy powinienem kierować sygnały przez mój samolot Vcc tylko w ostateczności? Co poświęcę, jeśli to zrobię?
Odpowiedzi:
Pomyśl o prądach o wysokiej częstotliwości, które przepływają przez płaszczyznę uziemienia.
Przy niskich częstotliwościach prąd podąża ścieżką najmniejszego oporu (dosłownie). Wyspa na płaszczyźnie lądowej nie stanowi większego problemu pod względem oporu. Po obu stronach wyspy wciąż jest dużo miedzi, więc prąd może przepływać wokół niej z niewielkim spadkiem napięcia.
Jednak w przypadku wysokich częstotliwości rzeczy wyglądają inaczej. Prądy powrotne o wysokiej częstotliwości w płaszczyźnie uziemienia mają tendencję do podążania tą samą ścieżką, co prądy przewodzące na innych warstwach. Jest to użyteczna właściwość, ponieważ minimalizuje całkowity obszar pętli prądowej, a tym samym promieniuje mniej, a pętla jest również mniej podatna na promieniowanie przychodzące. Wyspy w płaszczyźnie uziemienia zmuszają prądy do ich obejścia, co może znacznie zwiększyć obszar pętli prądów o wysokiej częstotliwości. Patrząc na to z innej strony, można pomyśleć o przewodnikach na górnej warstwie, które tworzą linię transmisyjną z płaszczyzną uziemienia. Wyspa przełamuje tę linię przesyłową, co zwiększa impedancję, co zwiększa spadek napięcia w płaszczyźnie uziemienia.
Kolejnym efektem jest coś takiego jak „antena szczelinowa”. Jest to odwrotność dipola, ale zachowuje się jak dipol w przypadku promieniowania i odbioru. Jeśli masz prąd o wysokiej częstotliwości spływający wzdłuż arkusza przewodzącego, a następnie wyciąć szczelinę w tym arkuszu prostopadle do przepływu prądu, masz antenę szczelinową. Jest to jeden z powodów, dla których otwory przepływu powietrza w metalowej obudowie są zwykle wiązką otworów, a nie szczelin lub pojedynczych dużych otworów.
Na płytce dwuwarstwowej zazwyczaj musisz skierować niektóre sygnały na dolną warstwę. Ale chcesz pozostawić dolną warstwę płaszczyznę podłoża w możliwym zakresie. Z powyższej analizy wynika, że więcej małych wysp jest lepszych niż kilka dużych. Metodą, o którą chcesz dążyć, jest zminimalizowanie maksymalnego wymiaru dowolnej wyspy.
Często używam Eagle i jego automatycznego routera do takich rzeczy. W kilku pierwszych przepustkach routingu ustaliłem koszty tylko po to, by znaleźć rozwiązanie routingu. W późniejszych przejściach zakładam, że znaleziono rozwiązanie, które teraz musi zostać zoptymalizowane pod kątem jak najmniejszego uszkodzenia płaszczyzny podłoża. Aby to osiągnąć, ustawiłem koszt warstwy płaszczyzny podłoża na wysoki, a koszt przelotowy na niższy. W rezultacie powstaje więcej krótkich „zworek” w warstwie płaszczyzny podłoża zamiast długich śladów. Niestety, Eagle nadal ma tendencję do zlepiania tych zworek, nawet przy parametrze przytulania ustawionym na 0. Po końcowej automatycznej trasie ręcznie trochę oczyszczam płaszczyznę podłoża. Zwykle nie zmienia to topologii, ale przede wszystkim oddziela poszczególne zworki, tak że przepływa między nimi miedź.
Oto rysunek dolnej warstwy takiej planszy:
To pokazuje dolną warstwę naszego programatora USBProg PIC . Obwodu o tej złożoności nie można poprowadzić na jednej warstwie, ale zwróć uwagę, że w dolnej warstwie jest wiele pojedynczych małych wysp zamiast długich śladów lub dużych skupisk zworek. W przeważającej części prądy powrotne o wysokiej częstotliwości mogą nadal płynąć bez zbytniego odchylenia od ich idealnych ścieżek.
źródło