Pour Ground Crosstalk, PCB, dan antena

Saya mencoba memahami efek mengisi tuang poligon ketika transisi jalur kecepatan tinggi mungkin terjadi. Perhatikan contoh kasus yang dibuat di bawah ini:

Dalam contoh ini trek (diwarnai dengan biru muda) ditetapkan sebanyak mungkin di sebelah kiri papan, tetapi mereka harus lebih dekat bersama-sama agar sesuai melalui lubang pad besar. Isi merah adalah tuangkan poligon tanah. Perhatikan bahwa ini adalah contoh palsu yang memiliki banyak masalah lain yang tidak terkait dengan pertanyaan saya.

Demi argumen tersebut, semua baris memiliki satu ujung (seperti UART, SPI, I²C, dll.) Dan mungkin memiliki waktu transisi 1 ~ 3 ns. Ada bidang tanah kontinu di bawah (jarak 0.3mm) tetapi pertanyaan saya secara khusus tentang tanah tuangkan di atas.

Dalam kasus C, tuangkan poligon mampu menembus ke suatu tempat dengan ruang yang cukup untuk menempatkan yang kedua melalui koneksi, sehingga jejak tanah benar-benar masuk ke bidang di bawah. Namun, dalam kasus A, B, D dan E, tuangkan dibuat sejauh mungkin tanpa ruang untuk tempat vias, meninggalkan GND "jari".

Yang ingin saya ketahui, mengabaikan pertimbangan rute lain, adalah apakah "jari" A, B, D dan E harus dihapus atau mungkin mereka berkontribusi untuk mengurangi crosstalk di antara trek. Saya khawatir bahwa ground noise dapat membuat "jari" antena yang baik dan menghasilkan EMI yang tidak diinginkan. Tetapi pada saat yang sama saya enggan menghapusnya untuk kemungkinan manfaat crosstalk yang mungkin mereka miliki.

EDIT

Untuk contoh kasus yang berbeda, pertimbangkan gambar ini:

Penggemar dari setiap IC memaksakan suatu kenyataan di mana banyak dari jari-jari ini tidak dapat dihindari, kecuali jika kita menyingkirkan GND yang dituangkan sepenuhnya pada bagian itu. Apakah yang terakhir ini hal yang tepat untuk dilakukan? Apakah tunjangan GND menguntungkan atau tidak berbahaya asalkan isinya GND?

pcb pcb-antenna crosstalk

— Guillermo Prandi
sumber

Jika jari-jarinya cukup panjang, mereka pasti bisa berkontribusi pada crosstalk. Jejak penjaga GND tidak mencegah crosstalk kecuali mereka terikat dengan baik pada pesawat GND dan memiliki impedansi rendah terhadap pesawat GND pada frekuensi yang diinginkan. Dalam kasus di mana Anda memiliki ruang untuk jejak penjaga yang tepat, Anda bisa menggunakan spasi lebar sebagai gantinya untuk mendapatkan isolasi jejak-ke-jejak Anda. Dalam praktiknya, perutean sinyal I2C, UART dan SPI sangat memaafkan dan cross-talk jarang menjadi masalah. Tentu saja, semakin panjang jejak di mana mereka berdekatan, semakin banyak crosstalk yang akan Anda miliki.

— mkeith

Jadi, sebagai aturan saya harus mencoba untuk memotong "jari" tanah lebih dari 1/10 lambda, meninggalkan ruang terbuka?

— Guillermo Prandi

Saya hanya bisa memberi tahu Anda bahwa itulah yang akan saya lakukan. Saya belum pernah mencoba eksperimen terkontrol atau membaca penelitian terperinci tentang efek itu. Namun secara logis, menambahkan konduktor "mengambang" antara dua sinyal biasanya tidak akan mengisolasi mereka. Ini akan memungkinkan mereka untuk pasangan silang. Jadi itu semua masalah impedansi dari ujung jari ke pesawat GND. Jika impedansi rendah, jari akan membantu memberikan isolasi. Kalau tidak, tidak.

— mkeith

Saya sarankan mematikan termal untuk vias jahitan Anda. Termal penting untuk lubang berlapis yang perlu disolder, tetapi tidak untuk vias jahitan yang dimaksudkan untuk memberikan kopling lintas-bidang yang baik.

— bitsmack

Bagi mereka yang tertarik melihat data eksperimental yang sebenarnya, berikut adalah dokumen setebal 153 halaman dari University of Twente, yang menggambarkan sejumlah besar papan tes dasar yang mencakup banyak aspek tata letak PCB, termasuk crosstalk: Understanding Electromagnetic Effects

— djvg

Jawaban:

adalah apakah "jari" A, B, D dan E harus dihapus atau mungkin mereka berkontribusi untuk mengurangi crosstalk di antara trek.

Mereka harus disingkirkan karena mereka tidak benar-benar membantu dan sangat mungkin, akan memperburuk keadaan.

Kekhawatiran Anda tampaknya menjadi crosstalk. Jadi mari kita bicarakan itu sebentar.

Crosstalk adalah ketika feild (baik listrik atau magnetik) dari satu sinyal (jejak) berinteraksi atau memotong sinyal lain (jejak).

Seperti inilah tampilan sinyal pada tampilan "feild".

Anda memerangi crosstalk dalam beberapa cara.

$Crosstalk \propto \frac{dv}{dt}$
Pisahkan sinyal Anda lebih jauh. Melakukan ini akan mengurangi interaksi / persimpangan bidang dari agresor ke korban. Feild masih ada di sana, tetapi Anda hanya tinggal berjinjit saja.
Bawa pesawat referensi Anda lebih dekat. Bidang yang dicari mencari tempat referensi mereka. Itu adalah jalan dengan impedansi paling rendah untuk itu. Garis feild menyebar sejauh yang dibutuhkan untuk menemukan jalur impedansinya yang rendah. Jika Anda mendekatkan pesawat, koplingnya lebih rapat.

Sekarang jika Anda memiliki papan 2 lapisan dan Anda tidak dapat membuat papan lebih tipis (untuk mendekatkan kedua lapisan), maka Anda memiliki pilihan # 1 dan # 2. Namun, Anda dapat "jenis-semacam" menerapkan opsi # 3 pada papan 2 lapisan dengan merutekan jejak tanah secara paralel dengan sinyal untuk seluruh panjang sinyal. Feild akan ada di sana, jadi mengapa tidak mengontrol "sinyal" bidang mana yang berinteraksi.

Inilah yang Anda coba lakukan dengan tuangkan tanah pada lapisan atas. Agar efektif, itu perlu untuk seluruh panjang (atau sedekat mungkin) dari sinyal (pada dasarnya mengikutinya seperti bayangan). Jadi jari A, B, D, E tidak efektif dan mungkin dapat memperburuk keadaan dengan menjadi antena patch, tetapi C adalah satu-satunya yang agak oke, menurut saya. Ini tidak sepenuhnya efektif untuk sinyal, tetapi tidak akan memperburuk keadaan.

— efox29
sumber

Jadi, seperti yang saya ambil dari jawaban Anda, tuangkan ground terutama berguna dalam papan 2-layer, ketika ground ditambah dan pesawat daya tidak tersedia; dalam 4-layer PCB saya harus melewatkan tuangkan tanah kecuali saya punya alasan bagus untuk memilikinya. Saya mendapat saran serupa dari dokumen PDF ini ( icd.com.au/articles/Copper_Ground_Pours_AN2010_4.pdf ) dari "In-Circuit Design Pty Ltd". Harap tambahkan beberapa komentar di jawaban Anda yang menjelaskan tentang penggunaan sembarangan yang tidak wajar untuk membuatnya lebih "sesuai topik", jadi saya memilih jawaban Anda sebagai pertanyaan.

— Guillermo Prandi

Ada lebih dari satu alasan untuk menggunakan GND tuangkan. Salah satunya adalah cross-talk, dan yang lainnya adalah untuk mencegah emisi radiasi. Secara umum, menambahkan tuangkan GND ke lapisan permukaan memang membantu emisi, tetapi, sekali lagi, hindari pulau-pulau yang panjang tanpa vias ke pesawat GND. Anda harus memeriksa tuangkan dengan hati-hati dan menambahkan vias jahitan.

— mkeith

semua baris berujung tunggal (seperti UART, SPI, I²C, dll.) dan mungkin memiliki waktu transisi 1 ~ 3 ns.

Di sinilah Anda salah. I2C dan UART berjalan pada beberapa MHz di tercepat. SPI dapat dijalankan pada mungkin 10 MHz. Tidak perlu waktu transisi secepat 3 ns. Anda akan menyimpan banyak kesedihan dengan memperlambatnya. Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan menambahkan resistansi seri pada driver untuk skema monodirectional (UART, SPI). Untuk I2C, Anda dapat meningkatkan resistensi pull-up untuk memperlambat waktu kenaikan. Untuk memperlambat waktu musim gugur, Anda harus menggunakan driver yang lebih lemah (perangkat I2C yang dibuat khusus tidak akan menghasilkan waktu jatuh secepat ini).

Yang ingin saya ketahui, mengabaikan pertimbangan rute lain, adalah apakah "jari" A, B, D dan E harus dihapus atau mungkin mereka berkontribusi untuk mengurangi crosstalk di antara trek.

Hapus mereka.

Mereka hanya akan mengurangi crosstalk jika Anda dapat menemukan ruang untuk menempatkan vias ke dalamnya untuk mengikat mereka ke bidang tanah di bawah mereka dan menjaga mereka pada 0 volt sepanjang panjangnya. Dan bahkan itu adalah untung-untungan. Jarak yang lebih jauh antara trek Anda adalah cara yang lebih baik untuk mengurangi crosstalk.

Saya khawatir bahwa ground noise dapat membuat "jari" antena yang baik dan menghasilkan EMI yang tidak diinginkan.

Tepat sekali.

— Foton
sumber

Terima kasih. Saya tahu UART, SPI, dll. Bisa diperlambat. Itu sebabnya saya mengatakan bahwa ada "kesalahan" lain dalam contoh PCB. Menyebutkan UART, SPI, dll. Hanya untuk diskusi.

— Guillermo Prandi

@GuillermoPrandi, saya hanya bisa menjawab pertanyaan yang Anda sampaikan. Dalam pertanyaan seperti yang disajikan, cara terbaik untuk menghindari EMI dan crosstalk adalah memperlambat tepi sinyal logika yang tidak memerlukan tepi cepat tersebut.

— The Photon

Namun, pertanyaan saya bukan tentang teknik reduksi EMI tetapi bagaimana tanah menuangkan (dan "jari") berperilaku dalam konteks crosstalk dan EMI.

— Guillermo Prandi