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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Praxis Masseführung auf

Praxis Masseführung auf Platinen mit gemischten Chips, Teil 1 Dieser dreiteilige Beitrag erläutert Probleme und Lösungen bei der Masseführung auf Leiterplatten mit gemischten integrierten Schaltungen. Originaltitel: “Successful PCB Grounding with Mixed- Signal Chips - Follow the Path of Least Impedance” by Mark Fortunato, Senior Principal Member of Technical Staff, Maxim Integrated Products, Inc., October 2012 frei übersetzt von FS Strompfad eines 1-MHz-Signals auf einer Leiterplatte Bild 1: Eine einfache Verbindung mit Rückfluss über Masse Dabei steht zunächst die für viele Anwendungen genügende einfache Methode mit einer durchgehenden Massefläche ohne Einschnitte im Vordergrund. Am Anfang stellt sich die Grundfrage: Wo fließt eigentlich der Strom Später wird beschrieben, wie Komponenten optimal anzuordnen sind und wie man Signalleitungen führen muss, um das Übersprechen zu minimieren. Schließlich werden Versorgungsströme betrachtet und Schlussfolgerungen für allgemeine Anwendungen gezogen. Leiterplattenentwickler spüren oft Unsicherheiten, wenn es darum geht, Komponenten bezüglich galvanischer Verkopplungen und gegenseitiger Beeinflussungen richtig zu platzieren und zu erden, insbesondere wenn es sich um analoge und digitale (gemischte) ICs handelt. Sollten die beiden Massen völlig separat ausgelegt (isoliert) ausgelegt sein Sollten sie an nur einem einzigen Punkt zusammengeführt werden Und wo soll dieser zentrale Massepunkt dann für beste Funktion liegen Wie kann dieses Konzept implementiert werden, wenn es mehrere ICs gibt, die analoge und digitale Massen verlangen Dieser Beitrag zeigt, wie man in üblichen IC-Konfigurationen die niederohmigste Masseimpedanz realisieren kann. Ströme - und wo sie fließen Man spricht von einem Schaltkreis oder Stromkreis, weil Strom (Elektronen) immer aus einer Quelle zu einer Last fließt, durch diese hindurch und dann auf einer weiteren Leitung zur Quelle zurück. So einfach dies scheint, so bedeutsam ist es für ein gutes Design im Analogbereich. Bei Digitalschaltungen liegen die Probleme bei der Massegestaltung und Signalführung ähnlich wie bei Analogschaltkreisen, was deutlich wird, wenn man sie rein physikalisch betrachtet: Im Analogbereich folgt das Ausgangssignal linear dem Eingangssignal, im Digitalbereich folgt es Bild 2: Die Rückverbindung wird manchmal nicht extra angegeben. lediglich nichtlinear. Die hohen Änderungsgeschwindigkeiten digitaler Signale bedeuten hohe Induktionsströme in den Leitungen, deren Induktivität sich nur minimieren, aber nicht völlig beseitigen lässt. Analoge wie digitale Schaltkreise enthalten im Grunde die selben Bauelemente (Transistoren, Dioden und Widerstände). Ströme und Spannungen innerhalb einer Schaltung folgen den selben physischen Prinzipien, wie die Schaltung auch aussehen mag. Wo ein Strom irgendwohin fließt, kehrt er auch wieder zur Quelle zurück. Bild 1 wirkt simpel. Doch ist Ihnen klar, dass überhaupt kein Signalstrom fließen würde, wäre die Eingangsimpedanz von IC2 unendlich groß In der Realität jedoch fließt Strom von IC1 nach IC2 und über die Masseleitung zurück. Diese wird in manchen Darstellungen einfach weggelassen (Bild 2). Was bedeutet dieser Strom im Ausgang von IC1 und im Eingang von IC2 Das ist eine durchaus interessante Frage. Natürlich sind die ICs selbst nicht die Quellen des Stroms. Der Signalstrom stammt aus der Stromversorgung. Um die Dinge einfach zu halten, nehmen wir eine einzige Versorgungsstromquelle an, wie eine Batterie. Um vollständig zu sein, betrachten wie auch die üblichen Abblockkondensatoren direkt an den ICs. In Bild 3 wird zudem noch der vollständige geschlossene Verlauf eines Gleichstroms (oder DC-Anteils im Signalstrom) zwischen den ICs angegeben. Dieser ist im Analogbereich meist null (kapazitive oder induktive Kopplung), während er bei Digitalschaltungen das vollständige Signal darstellen kann. Fast immer ist er nur ein Teil der möglichen Ströme in diesem kleinen System. Hinzu kommen können ein AC-Signalstromanteil, der Eingangsstrom von ICs (falls es sich nicht um einen Generator handelt) und der Ausgangsstrom von ICs (falls dieser belastet wird). All diese 6 hf-praxis 2/2015

Erweitern Sie Ihr Design um Datenanbindung Microchip bietet Unterstützung für eine Vielzahl drahtgebundener und drahtloser Kommunikationsprotokolle, einschließlich Peripherie und Environmental Lösungen, quality die in sensors einen PIC ® Mikrocontroller Lighting (MCU) integriert sind. Portable Zu medical den drahtlosen equipment Anbindungsmöglichkeiten Power measurement zählen: Wi-Fi ® , Bluetooth ® , Industrial 802.15.4/ZigBee equipment ® und unser eigenes and monitoring Funknetzwerk-Protokoll MiWi. Zu Power den conversion weiteren unterstützten Verbindungsprotokollen Energy harvesting equipment zählen USB (Device, Efcient Host, motor OTG control und Hubs), Ethernet, Solar CAN, inverters LIN, IrDA ® und RS-485. Alle diese Protokolle werden durch kostenlose Softwarebibliotheken, kostengünstige Entwicklungsplattformen und kostenlose Muster unterstützt. microchip.com/connectivity Der Name Microchip, das Logo und PIC sind eingetragene Warenzeichen; MiWi ist eine Marke der Microchip Technology Incorporated in den USA und in anderen Ländern. Alle anderen Marken sind im Besitz der jeweiligen Eigentümer. © 2014 Microchip Technology Inc. Alle Rechte vorbehalten. MEC0001Ger09.14

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