¿Cuándo usar los recortes del plano de tierra?

2) Recomiendo encarecidamente NO cortar terreno cerca de señales de alta velocidad. La capacitancia parásita realmente no tiene demasiado efecto en la electrónica digital. Por lo general, la capacitancia parásita lo mata cuando actúa para crear un filtro parásito en la entrada de un amplificador operacional.

De hecho, se recomienda encarecidamente ejecutar sus señales de alta velocidad directamente sobre un plano de tierra continuo ; esto se llama una " microcinta ". La razón es que la corriente de alta frecuencia sigue el camino de menor inductancia. Con un plano de tierra, esta ruta será una imagen especular de la traza de la señal. Esto minimiza el tamaño del bucle, lo que a su vez minimiza la EMI radiada.

Un ejemplo muy llamativo de esto se puede ver en el sitio web del Dr. Howard Johnson. Consulte las figuras 8 y 9 para ver un ejemplo de corriente de alta frecuencia que toma el camino de menor inductancia. (en caso de que no lo supiera, el Dr. Johnson es una autoridad en la integridad de la señal, autor del muy elogiado "Diseño digital de alta velocidad: un manual de magia negra")

Es importante tener en cuenta que cualquier corte en el plano de tierra debajo de una de estas señales digitales de alta velocidad aumentará el tamaño del bucle porque la corriente de retorno debe desviarse alrededor de su corte, lo que también conduce a un aumento de las emisiones. Quiere un avión totalmente intacto debajo de todas sus señales digitales. También es importante tener en cuenta que el plano de potencia también es un plano de referencia al igual que el plano de tierra, y desde una perspectiva de alta frecuencia, estos dos planos están conectados a través de condensadores de derivación, por lo que puede considerar una corriente de retorno de alta frecuencia para "saltar". aviones cerca de las tapas.

3) Si tiene un buen plano de tierra, prácticamente no hay razón para usar un seguimiento de guardia. La excepción sería el amplificador operacional que mencioné anteriormente, porque es posible que haya cortado el plano de tierra debajo de él. Pero aún debe preocuparse por la capacitancia parásita de un rastro de guardia. Una vez más, el Dr. Johnson está aquí para ayudar con imágenes bonitas .

4.1) Creo que varias vías pequeñas tendrán mejores propiedades de inductancia ya que están en paralelo, en comparación con una vía grande que ocupa aproximadamente la misma cantidad de espacio. Desafortunadamente no puedo recordar lo que leí que me llevó a creer esto. Creo que es porque la inductancia de una vía es linealmente inversamente proporcional al radio, pero el área de la vía es cuadráticamente directamente proporcional al radio. (fuente: Dr. Johnson nuevamente ) Haga que el radio de la vía sea 2 veces más grande, y tiene la mitad de la inductancia pero ocupa 4 veces más área.

Tenga cuidado de no definir vagamente la alta frecuencia.

Vale la pena considerar los efectos de la línea de transmisión, que requieren técnicas de microstrip o stripline, cuando la longitud de la línea es 1/100 o mayor que la frecuencia de interés más alta de la señal (Ulaby). Por lo tanto, esto es útil para los diseños de microondas. Por ejemplo, una forma de onda de 1 GHz en el aire tiene una longitud de 30 cm, sin embargo, en FR-4 tiene aproximadamente la mitad (raíz cuadrada de épsilon r, permitividad relativa, para FR-4 es aproximadamente 4, dependiendo de la composición). Por lo tanto, un rastro de unos pocos centímetros de largo definitivamente sería motivo de preocupación para 1GHz.

Para 10 MHz, los efectos de la línea de transmisión apenas se notan. El quinto armónico de 10MHz es 50MHz, y en FR-4 serían unos 150x10^6 m/s / 50x10^6 = 3 metros. Entonces, en un bus de 30 cm de largo uno podría experimentar los comienzos de la distorsión de fase.

La verdadera preocupación es el ruido. Al colocar un trazo de suficiente ancho sobre un plano de tierra, la energía de la señal se propaga a través del sustrato entre el trazo y el plano de tierra (Poynting). Y EMI de otras fuentes no puede entrar.

Las líneas de microcinta tienen una impedancia característica que está determinada por el ancho de la traza y el grosor y el material del sustrato; las trazas más delgadas tienen una impedancia característica más alta. La impedancia del aire libre es de 377 ohmios. Cuando Zo de un rastro se acerca a esta figura, comienza a irradiar. Incluso con un plano de tierra. Del mismo modo, espesar el sustrato tiene el mismo efecto. Tenga en cuenta que cuando se trabaja en alta frecuencia, la impedancia es clave... terminación, coincidencia... un bus lo suficientemente largo tendrá reflejos medibles si no se termina correctamente.

Sin embargo, con los diseños densos surge la necesidad de trazos finos. Entonces, compromete algo.

En lo que respecta a la conexión de los planos de tierra locales al plano de tierra global, es mejor usar varias vías pequeñas, ya que ayudará a distribuir la corriente y también se minimizará la tasa de fallas de la PCB, además de proporcionar una mejor disipación de calor.

No hay nada de malo en mantener planos globales de tierra/energía debajo de los planos locales como si observara diseños de PCB multicapa, es lo que se sigue.

Para mantener la impedancia de la línea de microcinta sin cambios en una ranura del plano de tierra, la ranura debe ubicarse al menos a dos anchos de microcinta de distancia (si la microcinta se proyecta verticalmente al plano de tierra).

A continuación se muestran varias imágenes de un solucionador de campo 3D que muestra la distribución del campo eléctrico dentro del microtrip y la densidad de corriente en el plano de tierra. La conclusión es que casi no hay campo o corriente a dos anchos del microtrip. Así que aquí se permiten saltos en el plano de tierra.

Figura 1: Sección transversal del campo eléctrico perpendicular a la línea de banda. vista 2D. Figura 2: Sección transversal del campo eléctrico perpendicular a la línea de banda. vista 3D Figura 3: Densidad de corriente en el plano de tierra. Vista 2D Figura 4: Densidad de corriente en el plano de tierra. vista 3D