Forum: Platinen Kupferfläche zur Schirmung - Welche Nachteile? (digitale ICs, SPI)


von Q-Bert (Gast)


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Es sei eine kleine einlagige Platine mit ein paar ICs und SPI-Bus. Das 
einfache Layout ist einlagig organisiert und das kann auch so bleiben.

Gesetzt dem Fall, man will eine gewisse Abschirmung gegen Störungen 
erreichen, so gehen die Meinungen im Forum stark auseinander, ob eine 
Kupferfläche auf der Oberseite der richtige Weg ist. Ich will jetzt 
keine Grundsatzdiskussion führen, denn sonst geht es so wie in anderen 
Themen: Wir kommen vom Topic ab und das muss ja nicht sein.

In Erdschleife & Co habe ich mich soweit eingelesen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Erdschleife

Daraus resultiert (für mich), dass ich eine etwaige Kupferschicht, die 
nur als Schirm verwendet werden soll, NICHT mit GND verbinde.

Folglich gibts dann sozusagen 2 (unterschiedliche) GNDs:
GND1 -> Signal-GND (das "normale" GND)
GND2 -> Schirmung-GND (so ähnlich wie "PE")
GND2 wird nur zur Schirmung verwendet (Platinen-Oberseite, Schirmung 
etwaiger Kabel ect.) und ist nur an einer Stelle mit GND1 verbunden.

Jetzt die Frage : Wenn man GND wie vorgenannt auftrennt, WELCHE 
NACHTEILE sind dann noch zu erwarten? Die "Antennenfunktion", die 
etwaige Störungen nach GND einspeist (und auf der Schaltung zu Problemen 
führt), ist ja nun nicht mehr gegeben, weil Schirmung und Signal-GND 
galvanisch getrennt (bzw. nur an einer Stelle der Schaltung verbunden) 
sind.

***

Und BITTE: Wirklich keine Grundsatzdiskussionen oder Sprüche wie "schon 
wieder so einer" ... das bringt mich wirklich nicht weiter. Ich will nur 
die Nachteile hören. Der Rest sind dann die Vorteile, ergibt sich ja so 
;)

: Verschoben durch Moderator
von Q-Bert (Gast)


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Und wieso steht das jetzt hier - bei Platinen? Ich habe keine Frage zur 
Platinenherstellung, sondern zum Signal- und Störungsverhalten fertiger 
digitaler Schaltungen. Überall hätte der Fred hingepasst, nur hier 
nicht. Bitte demnächst nachdenken, bevor man einfach Theman verschiebt. 
Hier kriege ich die Antworten der µC-Profis nicht. Aber ist ja jetzt 
egal, Kind liegt im Brunnen und ersäuft gerade.

von Stefan S. (chiefeinherjar)


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Es geht aber hier auch um den ENTWURF von Platinen - und genau darum 
geht es hier. Es passt also schon.

Beitrag #5067221 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5067230 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Q-Bert (Gast)


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Danke für die Antworten und an den weitsichtigen Moderator, der das 
Thema in die Platinenecke verschoben hat, weil er das Wort 'Platine' 
entdeckt hat. Werde meinen Bruder jetzt als Mod anmeleden. Das kriegt 
der auch hin, und er ist erst sieben.

von JW (Gast)


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Zum Thema zurück; bei einlagiger Platine noch sehr simpel:

1. Kupferflächen läßt man stehen, weil man sich dann Ätzmedium erspart 
und der Ätzvorgang homogener bzw. auch schneller ist.
2. Ein einheitliches Potential rund um die Datenleitungen reduziert 
Übersprechen bzw. ist v.a. dann interessant, wenn daneben analoge 
Signale mit hoher Impedanz (z.B. ADC-SH-Puffer) liegen bzw. LVDS-Signale 
und die Daten am SPI-Bus mit hoher Frequenz kommen - kapazitive 
Kopplung.
3. LF-Störungen von außen können in diesem Sinne nur reduziert werden, 
indem die effektive Leiterschleife sehr klein wird - das entspricht dann 
quasi dem Abstand zwischen Datenleitung und der daneben liegenden 
Massefläche.

Das ist keine erschöpfende Antwort, nur so als Ansatz.

von Kurt B. (kurt-b)


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Q-Bert schrieb:

>  Ich will nur
> die Nachteile hören. Der Rest sind dann die Vorteile, ergibt sich ja so
> ;)

Wenn du eine Erdschleife vermutest dann isoliere die Massefläche.

Sich aufbauende statische Spannungen lassen sich mit einem hochohmigen 
Widerstand ableiten.

Die Massefläche wirkt dann immer noch als lokale "HF-Senke" für einzelne 
Bereiche.

Falls du den Verdacht hast dass sie selber als Ganzes als HF-Antenne 
wirkt dann lege sie mit einem Kondensator an deine Masse.

 Kurt

von Nikolaus S. (Firma: Golden Delicious Computers) (hns)


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Hier steht eigentlich alles zum Massefüllen:

https://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts#Vorgehen_bei_der_Layouterstellung

Ein rein mechanischer Grund ist dass sich Platinen bei beidseitiger 
Massefüllung kaum verwölben.

von MaWin (Gast)


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Q-Bert schrieb:
> Daraus resultiert (für mich), dass ich eine etwaige Kupferschicht, die
> nur als Schirm verwendet werden soll, NICHT mit GND verbinde

Falsch.

Du musst und darfst die Massefläche nur an 1 Punkt mit Masse verbinden.

Es sei denn, du hast ein hf-dichtes Gehäuse, das sollte den ganzen Rand 
lang mit der Massefläche verbunden werden.

Du darfst die Massefläche auch als Massezuführung verwenden, aber 
zerschneide sie nicht mit Leiterbahnen (Schlitzantennen) sondern 
höchstens Durchführungen (runden Löchern).

von Zeno (Gast)


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Q-Bert schrieb:
> In Erdschleife & Co habe ich mich soweit eingelesen:
> https://de.wikipedia.org/wiki/Erdschleife
>
> Daraus resultiert (für mich), dass ich eine etwaige Kupferschicht, die
> nur als Schirm verwendet werden soll, NICHT mit GND verbinde.

Das ist so nicht ganz richtig. Damit die zusätzliche Kupferfläche ihre 
schirmende Wirkung entfalten kann, muß sie natürlich mit GND verbunden 
werden, aber nur an einer einzigen Stelle. I.d.R. macht man das an der 
Stelle mit dem niedrigsten Signalpotential, beim NF-Verstäker z.B. am 
Eingang.

Kritisch wird es wenn ich zwei Geräte mit Schutzklasse I signaltechnisch 
mit einander verbunden werden, bei denen die Schaltungsmasse (also GND) 
intern mit dem, über den Schutzkontakt verbundenen, Gehäuse verschalten 
ist. Beide Gehäuse weisen auf Grund der Leitungswiderstände meist ein 
etwas unterschiedliches Potential auf, d.h. elektrisch gesehen ist 
zwischen die Gehäuse ein Widerstand geschalten. Darüber fließ auf Grund 
der unterschiedlichen Potential ein kleiner Ausgleichstrom. Wenn ich 
jetzt beide Geräte mit einem weiteren Kabel verbinde und damit GND von 
beiden Geräten verbinde, dann fließt auch ein Ausgleichstrom über die 
verbundenen GND's und das Kabel. Wodurch es dann letztendlich zu den 
unerwünschten Störungen kommt (beim NF Verstärker Brummen).
Ich kann mich noch daran erinnern das wir Messgeräte hatten, wo man die 
Verbindung von Erde und GND auftrennen konnte. Man hat dann die beiden 
Potenziale nur an einem Gerät miteinander verbunden.

Bei Leiterplatten (der Digitaltechnik, HF-TEchnik) läßt man aus 
verschieden Gründen gern das Kupfer stehen:
   -niederohmige Massefläche
   -Ätzmittel einsparen
   -mechan. Stabilität der Platine
   -SChirmung

In der NF-Technik kann man das prinzipiel auch machen aber hier muß man 
darauf achten, das durch die Massefläche keine Schleifen entstehen, 
sonst brummt es.

von Zeno (Gast)


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Ups! Mawin war jetzt einen Tacken schneller.

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