Umieszczenie przelotek w celu połączenia płaszczyzn naziemnych

Wiele zastanawiałem się nad praktykami uziemienia w układach PCB. Moje pierwsze pytanie na ten temat dotyczy przelotek. Zauważyłem, że na prostej 2-warstwowej płytce drukowanej z płaszczyznami uziemienia po obu stronach, zwykle będzie rozmieszczonych kilka lub kilka przelotek rozmieszczonych w celu połączenia ich z minimalną impedancją między dwiema miedzianymi wylewami.

Jednak na płycie RF umieszczanie za pośrednictwem wygląda na bardziej celowe i zastanawiam się nad teorią. Przelotki łączące płaszczyzny naziemne często graniczą ze śladem RF. Zobacz ten przykład falowodu coplanar różnicowego:

Mam też drugie pytanie dotyczące uziemienia na płytkach drukowanych. Kiedy należy „odizolować” płaszczyzny naziemne od siebie? I w jaki sposób izolowanie od siebie płaszczyzn podłoża na jednej warstwie (powiedzmy na górze) pomaga, gdy obie płaszczyzny uziemienia są połączone za pomocą przelotek z tą samą płaszczyzną uziemienia na dole. Kiedy mamy te izolowane płaszczyzny podłoża, czy umiejscowienie przelotowe różni się od któregokolwiek z powyższych przypadków?

Uwaga: zdaję sobie sprawę z możliwego duplikatu tutaj, ale nie jestem zadowolony z odpowiedzi i myślę, że moje pytanie wymaga więcej szczegółów.

Dziękuję za informację.

Pokazany układ wygląda tak, jak się nazywa Pokazany falowód coplanarny oparty na miedzi (CBCPW). Oznacza to, że powrót gruntu dla falowodu znajduje się nie tylko w płaszczyźnie współpłaszczyznowej (ziemia wypełnia się na tej samej warstwie co ślady sygnału), ale także w warstwie płaskiej bezpośrednio „poniżej” warstwy sygnałowej. Ta struktura jest dość ezoteryczna, w tym sensie, że widziałem ją stosowaną tylko w systemach cyfrowych, gdy szybkość transmisji danych przekracza 20 Gb / s.

Znalazłem coś, co wygląda na rozsądną dyskusję na temat różnic między CBCPW a mikropaskem w artykule w Microwave Journal autorstwa inżynierów Rogers Corp.

Ten artykuł pokazuje, że CBCPW ma mniejszą stratę niż mikropask na częstotliwościach, w których utrata promieniowania staje się ważna w mikropaskach, mniej więcej od 25 GHz i więcej, co wyjaśnia, dlaczego CBCPW nie jest szeroko stosowany przy niższych częstotliwościach.

Odpowiadając na twoje pytanie, artykuł wskazuje na niektóre specjalne wymagania dotyczące przelotek uziemiających w strukturach CBCPW:

W celu prawidłowego uziemienia obwody CBCPW wykorzystują przelotki do połączenia górnych płaszczyzn współpłaszczyznowych uziemień i dolnych płaszczyzn uziemienia. Umieszczenie tych przelotek może mieć kluczowe znaczenie dla osiągnięcia pożądanych charakterystyk impedancji i strat, a także dla tłumienia trybów fali pasożytniczej.

Zasadniczo oznacza to, że bez częstych przelotek między podłożem współpłaszczyznowym a podłożem, energia mogłaby zostać przekazana do niepożądanych trybów propagacji, co spowodowałoby albo nadmierną utratę wtrącenia, albo silne rozproszenie charakterystyki linii przesyłowej.

Część 1: Długa szczelina w górnej płaszczyźnie uziemienia może działać jak antena, zarówno pod względem promieniowania, jak i odbierania prądów, które próbują płynąć prostopadle do szczeliny. Możesz myśleć o gnieździe jako swego rodzaju „przewodzie ujemnym”. Więcej szczegółów można znaleźć tutaj .

Prądy o wysokiej częstotliwości, które próbują dostać się z jednego kawałka górnej płaszczyzny uziemienia do drugiego (przepływające prostopadle do śladu RF), są zmuszone przepływać wokół granic szczelin między kawałkami. Teraz zastanów się, co się stanie, jeśli długość szczeliny będzie równa połowie długości fali prądu. Napięcie na szczelinie jest wymuszone do zera na końcach szczeliny (gdzie elementy są połączone), ale oznacza to, że różnica napięć na szczelinie będzie najwyższa w środku szczeliny. Podobnie prąd (w poprzek szczeliny) jest zmuszony do wyzerowania w środku szczeliny, ale jest maksymalny na końcach szczeliny. Jest to elektryczny „podwójny” zwykłej anteny półfalowej, w którym prąd jest maksymalny w środku, a napięcie jest maksymalne na końcach. Szczelina i drut są równie skuteczne jak anteny,

Wiele przelotek łączących obie strony szczeliny z solidną płaszczyzną uziemienia po drugiej stronie „zwiera” tę antenę szczelinową, eliminując ten problem.

Część 2: Niezależne płaszczyzny uziemienia dla niektórych „hałaśliwych” podsystemów (lub, w tym przypadku, podsystemów, które muszą być szczególnie „ciche”) na płycie, które są podłączone do płaszczyzny uziemienia na poziomie systemu tylko w jednym punkcie, służą do ograniczać prądy powrotne dla sygnałów w tym podsystemie tylko do tego obszaru płyty, zapobiegając wpływowi na inne podsystemy na płycie lub wpływ na nie.

Załóżmy na przykład, że masz mikroprocesorowy system akwizycji danych, który ma wysokiej rozdzielczości przetwornik ADC i kilka analogowych obwodów warunkujących sygnał przed nim. Możesz utworzyć jedną płaszczyznę uziemienia dla obwodu analogowego, a drugą dla mikroprocesora i jego kryształów oraz innych cyfrowych urządzeń peryferyjnych (np. Dużego układu pamięci flash) i połączyć każdą z nich z płaszczyzną uziemienia systemu (lub ze sobą) w tylko jeden punkt. Utrzymuje to szum wysokiej częstotliwości kryształu i inne szybko przełączające się cyfrowe sygnały we / wy mikroprocesora poza płaszczyzną uziemienia dla wrażliwych obwodów analogowych. Zobaczysz to, jeśli spojrzysz na układy płyt ewaluacyjnych wytwarzanych przez producentów dla ich układów ADC i DAC o wysokiej rozdzielczości.

W CPW lub Coplanar Wavequide energia RF jest między przewodami na górze podłoża. Jest to powszechne w półprzewodnikach, w których trudno jest uzyskać dostęp do płaszczyzny uziemienia, a odległości są bardzo krótkie. W przypadku płytek PCB musi istnieć dno, które jest określane jako uziemiony falowód koplanarny (CPWG) lub falowód koplanarny wspierany przewodnikiem (CBCPWG). Odstęp przelotowy ma na celu stworzenie wirtualnej ściany, przez którą energia RF nie może wyciekać. Im wyższa częstotliwość, tym krótsza długość fali i im bliżej siebie muszą znajdować się przelotki. Oto link do artykułu, który pokazuje to poprzez testowanie różnych tablic na stronach 14 - 21.

http://mpd.southwestmicrowave.com/showImage.php?image=439&name=Optimizing%20Test%20Boards%20for%2050%20GHz%20End%20Launch%20Connectors