Hallo Experten,
bei meinen bisherigen Platinenlayouts hatte ich mir wenig Gedanken über
das Routen der Quarzleitungen bei Mikrocontrollerschaltungen gemacht und
einfach die Grundregeln des Layoutentwurfs berücksichtigt – räumliche
Nähe und direkte Verbindung.
Obwohl ich damit eigentlich nie Probleme hatte, möchte ich es nun
dennoch richtig machen. Dazu habe ich mir hier im Forum diverse Beiträge
durchgelesen, sowie die Designempfehlungen bekannter
Mikrocontrollerhersteller angesehen. Auch wenn ich glaube, nun zu wissen
wie man das Layout rund um den Quarz richtig gestaltet, stellen sich mir
dennoch ein paar Fragen, die Ihr mir bestimmt beantworten könnt.
Nach meiner Erkenntnis sollten bei einer zweilagigen SMD-Platine
zusätzlich zu den Grundregeln folgende Punkte berücksichtigt werden:
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1. Die durchgehende Massefläche auf der Unterseite wird im Bereich des
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Quarzes und dessen Ballastkondensatoren aufgetrennt, sodass eine Insel
3
entsteht.
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2. An diese Masseinsel werden die Masseanschlüsse der Ballastkondensatoren,
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sowie der, den Quarzpins des Mikrocontrollers nächstgelegene,
3. Auf der Oberseite sollte die Quarzschaltung mit einer Guard-Leitung
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umrandet werden, die durchgehend zu der darunterliegenden Masseinsel
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durchkontaktiert wird.
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4. Die umrandete Quarzschaltung sollte auf der Oberseite nicht mit einer
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Massefläche geflutet werden.
Hier ergeben sich für mich nun drei Fragen, die in den diversen
Designempfehlungen teilweise unterschiedlich geklärt werden.
1
1. Wo wird die auf der Unterseite gebildete Masseinsel mit der restlichen
2
Hauptmassefläche der Unterseite verbunden? In einigen Designempfehlungen
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wird diese Masseinsel nicht auf der Unterseite mit der restlichen Masse
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verbunden, sondern über die Guard-Leitung und dem Mikrocontroller-
5
Quarzmassepin auf der Oberseite, im Bereich des Mikrocontrollers, mittels
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Durchkontaktierung zur Hauptmasse auf der Unterseite kontakiert.
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Hat dieser Umweg über die Oberseite einen entscheidenten Vorteil, als
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die Masseinsel auf der Unterseite gleich direkt im Bereich des
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Mikrocontrollers mit der Hauptmasse dünn zu verbinden
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("Quarzmassehalbinsel")?
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2. Signallayer sollten ja nicht mit Masseflächen geflutet werden, da so
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viele kleine Massestreifen und -stücke entstehen, die von benachbarten
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Signalen angeregt werden, eine Antenne bilden und so die EMV negativ
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beeinflussen. Jetzt empfehlen die Designrichtlinien aber genau das:
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Zerschneide die durchgehende Massefläche auf der Unterseite und bilde
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eine Insel. Besteht hier nicht genau die Gefahr, dass diese Quarzmasseinsel
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dann angeregt wird und als Sendeantenne wirkt?
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3. Wie wichtig ist die räumliche Anordnung der Quarzschaltungskomponenten?
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Bei einigen Designempfehlungen liegt der Quarz dem Mikrocontroller am
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nächsten, die Ballastkondensatoren liegen hinter dem Quarz. Bei anderen
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ist es genau umgekehrt, hier liegen die Ballastkondensatoren direkt an
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den Mikrocontrollerpins, und der Quarz kommt dahinter.
Ich bedanke mich schon im Vorfeld für Eure mithilfe.
Grüße, Roland.
Microchip.png:
* Kondensatorn näher am Mikrocontroller
* Oberseite mit Masse teilgeflutet (Guard)
* Anbindung der Masseinsel an Hauptmasse nicht ersichtlich
ST.png
* Quarz näher am Mikrocontroller
* Oberseite mit Guard-Ring, teilgeflutet mit Masse
* Masseinsel auf der Unterseite hat auf der Unterseite keine Verbindung
mit Hauptmasse
* Mikrocontroller-Quarzmassepin mit Hauptmasse auf der Unterseite über
geflutete Masse auf der Oberseite unter dem Chip verbunden
TI.png
* Quarz näher am Mikrocontroller
* Oberseite mit Guard-Ring ohne geflutete Masse
* Verbindung der Masseinsel auf der Unterseite mit der Hauptmasse nicht
ersichtlich
* Mikrocontroller-Quarzmassepin mit Hauptmasse auf der Unterseite über
seitlich neben dem Chip verbunden
Roland schrieb:> zusätzlich zu den Grundregeln folgende Punkte...
Ich schätze, alle diese Punkte sind Murks und Kandidaten für den
Papierkorb.
Der Quarz braucht auf beiden Seiten eine Kapazität gegen Masse, weil er
ja im Prinzip und grob gesehen ein Reihenschwingkreis mit sehr großem L
und kleinem Serien-C ist. Deshalb spielt auch die Leitungslänge bis zu
den Pins des µC keine große Rolle. Man will aber i.Allg. solche
Leitungen nicht quer durch den Urwald routen, deswegen ist der Rat,
diese Leitungen einigermaßen kurz zu halten OK. Aber man muß es dabei
nicht übertreiben.
Und unterhalb des Quarzes ein Fenster in die Masse zu legen, ist
ausgesprochen albern. Die Abschlußkapazitäten, die man ja extra
dranlötet, sind allemal im Bereich 10..33pF und da spielt ein
zusätzliches pF keine Rolle.
Also bleibe bei deinen bisherigen Layouts und höre nicht auf jeden
Möchtegern-Guru, der nix anderes im Sinn hat, als irgend eine
Zusatzregel zu erfinden.
W.S.
Die Sache mit dem guard ring kenne ich aus einer STM dok.
Wenn ich mir aber STM nucleo oder discovery boards angucken finde ich
sowas bei deren designs nicht. Halten sich also selber nicht an ihre
Regeln.
Hallo,
ziel dieses Massekonstrukts sollte ja das Fernhalten von in den
Quarzkreis eingekoppelten Störungen sein, die von über die Massefläche
fließenden Strömen verursacht werden. Dazu hilft es natürlich schon, der
Quarzschaltung eine Masseinsel zu schaffen, wodurch über diese Insel nur
mehr die Ströme der Quarzschaltung selbst fließen.
Soweit ist die Idee ja nachvollziehbar. Nur ist es eben auch
empfehlenswert, Signallayer nicht mit Masse zu fluten, da so
Massestreifen und -stücke entstehen, die als Antenne wirken können. Und
genau hier sehe ich einen widerspruch: Einerseits die Quarzschaltung vor
Strömen schützen, aber andererseits mit dieser Quarzmasseinsel eine
Antenne in der ansonnsten durchgehenden Massefläche auf der Unterseite
bilden. Gilt hier eine sichere Quarzschaltung vor guten EMV
Eigenschaften? Oder wirkt eine Quarzmasseinsel nicht als Antenne wie
Massestreifen?
Interessant, wenn die Boards der Chiphersteller selbst nicht über derart
Layouts verfügen. Auch sind sich die Empfehlungen untereinander nicht
ganz einig.
Grüße,
Roland.
Roland schrieb:> Interessant, wenn die Boards der Chiphersteller selbst nicht über derart> Layouts verfügen.
Wenn man da ein paar Beispiele anschaut, dann sieht man, dass die
offenbar vom Praktikanten gemacht wurden. Siehe dort das untere
Beispiel:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/33-Quarz> da so Massestreifen und -stücke entstehen, die als Antenne wirken können.
Der Umkehrschluss wäre dann, am Besten gar keine Masse zu verwenden?
Letztlich ist das Hauptproblem weniger das Einkoppeln auf die kleine
Massefläche (die ja in nächster Nähe mit dem GND-Pin des Oszillators
verbunden wird), sondern, dass bei geschlossenen Masseflächen
irgendwelche Leistungsströme oder steilflankige Bussignale quer durch
Nanowatt-Oszillatoren fließen und dort dann für Jitter oder gar
Fehlimpulse sorgen können.
Dort ist das ganz nett aufgeführt:
https://www.ged-pcb-mcm.de/gutes-pcb-layout-am-beispiel-des-quarzoszillators/Martin B. schrieb:> Wenn ich mir aber STM nucleo oder discovery boards angucken finde ich> sowas bei deren designs nicht.
Wer weiß, wofür diese "optimalen" Layoutrichtlinien gut sin, kann bei so
einem µC-Quarz schon mal davon abweichen. Aber man darf eben nicht von
einer unkomplizierten Frequenz und einer unkomplizierten Schaltung auf
alle Quarzoszillatoren schließen. Bereits bei sowas alltäglichem wie
einer RTC und ihrem leistungsoptimiertem Oszillator wirds spannend:
https://www.google.com/search?q=rtc+layout+guidelines
Hallo Lothar,
natürlich habe ich mir Deine Seite bei meinem Studium auch durchgelesen.
Der Vorteil, den eine eigene Masse für die Quarzschaltung bietet, liegt
auf der Hand. Ich frage mich nur, ob diese Masseinsel dann nicht der
Regel, keine zerschnittene Masse zu erzeugen, widerspricht? Klar, wenn
der Quarz wegen Störungen instabil schwingt und so die Funktion der
Schaltung beeinträchtigt, dann ist eine Masseinsel die angerengt werden
kann wohl das geringere Übel.
Lothar M. schrieb:> Der Umkehrschluss wäre dann, am Besten gar keine Masse zu verwenden?
Der Umkehrschluss wäre eher einen soliden, unzerschnittenen Masselayer
zu verwenden, der nicht zum Schwingen angeregt wird.
Lothar M. schrieb:> (die ja in nächster Nähe mit dem GND-Pin des Oszillators> verbunden wird)
Genau diesen Punkt habe ich aus den diversen Beispielen nicht eindeutig
klären können. Die Quarzmasseinsel auf dem unteren Layer wird gemeinsam
mit dem Guard-Ring auf dem oberen Layer (mehrfach durchkontaktiert auf
die Messeinsel unten) mit dem Oszillatormassepin des Mikrocontrollers
verbunden. Und wo wird dieser Pin nun mit der Hauptmasse verbunden? Hier
gehen die Beispiele von unter dem Chip über neben dem Chip bis zu
überhaupt nicht mit der Hauptmasse verbunden. Was ist hier zu
bevorzugen?
Edgar S. schrieb:> In Reihe zum Quarz muß ein Widerstand vorgesehen werden, sonst> wird der Quarz u.U. überlastet......
Ich weiß nicht ob man das verallgemeinern kann, oder ob man hier besser
dem Datenblatt des jeweiligen Chips folgt.
Grüße,
Roland
Ich werf mal Folgendes in den Ring:
Du fürchtest ja u.a. Störungen, die über die (eine durchgängige Haupt-)
Massefläche unter dem Quarz in selbigen Einkoppeln und diesen dadurch
stören, richtig?
Diese Konstellation will ich nicht gänzlich ausschließen.
Störimpulse durch hochfrequente Signale und steile Flanken suchen sich
jedoch auf der Massefläche (als Rückleiter) immer den Weg der geringsten
Impedanz. Sofern der Weg über die Massefläche nicht verbaut ist, wird
i.d.R. der Rückweg näherungsweise unter dem Hinleiter verlaufen.
Von einer 2-Lagen-LP ausgehend, dürfte es dir nun schwer fallen, auf TOP
ein solches Störsignal über den Quarz zu routen - mit anderen Worten: Du
musst das Signal ohnehin um den Quarz herumführen. Damit hast du auch
kein Problem, das über die Massefläche auf den Quarz wirken könnte.
Ich kenne Quarze ohnehin als unempfindlich ggü. derartigen Einflüssen
bzw. kann mich an kein diesbezügliches Problem erinnern.
Nun wie erwähnt hatte ich bisher eigentlich kein Problem mit dem
Schwingverhalten von Quarzen in Mikrocontrollerschaltungen. Da es jedoch
offensichtlich viele Designempfehlungen von diversen Chipherstellern
gibt, dachte ich mir, warum künftige Layouts nicht daran orientieren.
Ich habe mir auch schon gedacht, dass es schon sehr ungünstig verlaufen
muss, dass Störungen auf dem Masselayer Auswirkungen auf den Quarz
haben. Hier muss wohl ein ordentlicher Strom genau über den Teil der
Massefläche fließen, der vom Quarz genutzt wird, da eine durchgehende
Massefläche den Stromfluss doch recht gut verteilt. Sicherlich ist die
Amplitude der Schwingung des Oszillators nicht sonderlich hoch.
Allerdings muss bei einer 100 mVss Schwingung die Störspannung auch
schon verhältnismäßig ordentliche Werte erreichen.
Also klar, wenn man eine Hochstromanwendung baut, wo mehrere 10A über
die Masse fließen, dann wird für den Quarz genügend Störpotenzial
vorhanden sein. In so einem Fall möchte ich allerdings auch eine eigene
Masse für den Hochstromteil und diese Ströme von der gesamten restlichen
Schaltung fernhalten.
Das jedoch die Rückströme von gewöhnlichen digitalen Signalen auch ein
entsprechendes Störpotenzial für den Oszillator haben, würde mich
überraschen. Hier sind meine Bedenken mehr dahingehend, dass digitale
Signale dann diese Masseinsel zur Störabstrahlungen animieren und so die
EMV verschlechtert wird.
Roland schrieb:> Ich frage mich nur, ob diese Masseinsel dann nicht der Regel, keine> zerschnittene Masse zu erzeugen, widerspricht?
Eine "zerschnittene" Masse ist nicht weiter schlimm, wenn die Schnitte
nicht den Rückstrom eines Signals oder gar einer Lastleitung
durchschneiden. Und weil die Platzierung samt Layout eigentlich so sein
müsste, dass um den Quarz herum Ruhe hersscht, darf dort auch beliebig
"geschnitten" werden. Und wenn dann fatalerweise doch ein Strom quer
durch laufen möchte, dann kann er das nicht und muss den Umweg aussen
herum nehmen.
Roland schrieb:> Ich habe mir auch schon gedacht, dass es schon sehr ungünstig verlaufen> muss, dass Störungen auf dem Masselayer Auswirkungen auf den Quarz> haben. Hier muss wohl ein ordentlicher Strom genau über den Teil der> Massefläche fließen
Es reicht ein ganz normales 3,3V Digitalsignal (z.B. PWM) im mA-Bereich
mit einer anständigen Flankensteilheit. Denn in einer steilen Flanke
stecken alle nötigen Frequenzen, die dir in den Oszillaotr hineinfunken
können.
> Das jedoch die Rückströme von gewöhnlichen digitalen Signalen auch ein> entsprechendes Störpotenzial für den Oszillator haben, würde mich> überraschen.
Mich überrascht das wie gesagt nicht. Eine Echtzeituhr mit ihrem
nW-Oszillator bekommst du mit Digitalsignalen leicht aus dem Tritt.
> Hier sind meine Bedenken mehr dahingehend, dass digitale Signale dann> diese Masseinsel zur Störabstrahlungen animieren und so die EMV> verschlechtert wird.
Wenn dein Layout so ungünstig ist, dass der Rückstrom (der ja möglichst
direkt neben/unter/über der Signalleitung verlaufen möchte) quer durch
den Oszillator geht, dann kommt es darauf echt auch nicht mehr an...
Wie gesagt: bei den üblichen µC-Schaltungen ist das Quarz-Layout
weitgehend unkritisch, der wird schon tun. Aber du wolltest eigentlich
wissen, wie es richtig gemacht wird, und dir wurden die Hintergründe und
Beweggründe aufgezeigt. Immer im Hinterkopf behalten: warum sollte sich
ein Chipdesigner (bei einem halbwegs aktuellen IC) die Mühe machen,
einen Massepin direkt neben die Oszillatorpins zu legen?
Jetzt kannst du selber abschätzen, ob und wie du es machen willst.
Edgar S. schrieb:> In Reihe zum Quarz muß ein Widerstand vorgesehen werden, sonst> wird der Quarz u.U. überlastet......
Hast da wohl unbabsichtigt deinem Nick alle Ehre gemacht?
Der Quarz nicht, aber bei Cmos der Treiber. Früher bei den 40XX-
Familien war die Pierce-Schaltung Usus, aber bei den heute
üblichen µC-Familien ist das längst nicht mehr nötig.
Alternativ kann man auch einfach einen RC-Oszillator, einen Resonator
oder einen Quarzoszillator verwenden.
https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_Equipment
Martin B. schrieb:> Die Sache mit dem guard ring kenne ich aus einer STM dok.>> Wenn ich mir aber STM nucleo oder discovery boards angucken finde ich> sowas bei deren designs nicht. Halten sich also selber nicht an ihre> Regeln.
So ist es.
Beispielsweise stimmt die USB-Beschaltung bei einigen Platinen nicht und
so weiter. EMV-mässig sind sie eine Katatrophe.
Aber das ist normal. Das trifft auf sehr viele Evalboards zu.
Wenn der Hersteller nicht expliziet das Board als Referenzlayout zur
Verfügung stellt, ist gesunde Skepsis durchaus angebracht.
Roland schrieb:> Ich weiß nicht ob man das verallgemeinern kann, oder ob man hier besser> dem Datenblatt des jeweiligen Chips folgt.
Ich kenne keinen Mikrocontroller mit seiner Ansteuerleistung moderne,
also Quarze mit sehr kleinen Bauformen, nicht überlastet. Am Resonanz-
widerstand des Quarzes dürfen uW verheizt werden.....
Suche mal in google nach Quarzkochbuch.....
Hallo,
sicherlich ist man gut beraten, digitale Signale weiträumig von der
Quarzschaltung fernzuhalten. Nur das ist in der Umsetzung oft schwierig,
da Mikrocontroller ihre hochfrequenten digitalen Schnittstellenpins
(PWM, UART, SPI usw.) auch gerne unmittelbar neben den Oszillatorpins
platziert haben. Sollte die Platine dann einigermaßen kompakt sein,
führen diese digitalen Signale unweigerlich seitlich neben dem Quarz
vorbei. Deren Rückströme fließen dann wohl ebenso in Quarznähe. Hat der
Quarz nun eine abgetrennte Masse, beeinträchtigen die Rückströme
freilich nicht direkt den Oszillatorkreis. Es stellt sich aber eben die
Frage, ob diese Signale und deren Rückströme, in unmittelbarer Nähe zu
dieser Masseinsel, diese dann womöglich zum Schwingen anregen, wovor oft
gewarnt wird.
Wo sollte die Masseinsel dann mit der Hauptmasse verbunden werden? Wie
gesagt reichen hier die Beispiele von unter dem Chip über neben dem Chip
bis zu
überhaupt nicht mit der Hauptmasse verbunden.
Beste Grüße,
Roland
Roland schrieb:> Es stellt sich aber eben die Frage, ob diese Signale und deren> Rückströme, in unmittelbarer Nähe zu dieser Masseinsel, diese dann> womöglich zum Schwingen anregen, wovor oft gewarnt wird.
Hast du da mal eine Quelle oder eien Link?
> Wo sollte die Masseinsel dann mit der Hauptmasse verbunden werden?
Direkt am GND-Pin des Oszillators. Und wenn es keinen solchen
dedizierten Pin gibt, dann bei den beiden Oszillatorpins.
> die Beispiele ... bis zu überhaupt nicht mit der Hauptmasse verbunden.
Wer verbindet diese lokale Massefläche gar nicht mit der "richtigen"
Masse, die an den uC-Pins angeschlossen ist? Denn natürlich müssen die
beiden Kondensatoren (so vorhanden) an die Masse angeschlossen werden,
die auch der uC hat.
Lothar M. schrieb:> Hast du da mal eine Quelle oder eien Link?
Das habe ich mehrfach hier im Forum gelesen, wo es um Masseflächen geht.
Viele erstellen bei ihren Layouts auf der Oberseite eine Massefläche
über die gesamte Platine und "fluten" den Layer mit Masse. Da auf dem
Layer aber auch Signalleitungen verlaufen, ist die Massefläche nicht
durchgehend, sondern es entstehen Halbinseln, Streifen, teilweise große,
teilweise kleine. Diese Massestücke sind oft nur an einer einzigen
Stelle mit der restlichen Masse verbunden und stellen so kleine
"Antennen" dar. Angeregt werden diese nun durch digitale Signale in
vorbeiführenden Leitungen.
Wie gesagt, das ist weder meine Theorie, noch habe ich das nachgemessen.
Es ist hier im Forum jedoch eine oft gebrachte Warnung, wenn es um
Masseflächen oder die Beurteilung von Layouts geht. Grundsätzlich kann
ich jedoch verstehen wie es so zu einem Problem kommen kann.
Und genau eine derartige Konstellation - eine kleine Massefläche die nur
an einer Stelle mit dem Rest verbunden wird - sehe ich bei einer eigenen
Massefläche für den Oszillator, womit sich ein Konflikt auftut.
> Direkt am GND-Pin des Oszillators.
Dann ist es denkbar, die Masseinsel auf der Unterseite als "Halbinsel"
auszuführen und unter dem GND-Pin direkt mit der umgebenden Hauptmasse
zu verbinden (über eine ~1-mm-Verbindung)? Jedoch habe ich in den
Designbeispielen so etwas nie gesehen, dort ist die Masseinsel auf der
Unterseite immer eine isolierte Insel, die durchkontakiert auf den
oberen Guard-Ring mit dem GND-Pin verbunden wird. Der Massepin wird dann
widerum über eine Durchkontakierung mit der Hauptmasse auf der
Unterseite verbunden.
> Wer verbindet diese lokale Massefläche gar nicht mit der "richtigen"> Masse
Das habe ich in den vielen Beispielen auch gesehen. Ich möchte aber auch
nicht ausschließen, dass ich die Verbindung zur Hauptmasse einfach
übersehen habe, da teilweise auch nur stilisierte Abbildungen zu sehen
sind. Aber auch hier habe ich mich stets gefragt, warum die Insel nicht
einfach mit der ihr umgebenden Hauptmasse direkt schmal verbunden wird
(beim Isolationsspalt in GND-Pin nähe).
Grüße,
Roland.
Ich habe jetzt schon mehrfach Quarze an FTDI Steinen verbaut und bisher
hat das immer funktioniert. Ich habe mich bei dem Schaltplan an das
Datenblatt gehalten, aber das Layout war meist so, dass es wenig Platz
brauchte. Getrennte Massen habe ich nie verwendet und eine Guard Masse
auch nicht. Mich würde wirklich mal interessieren wie ein schlechtes
Layout zu einem funktionierenden Schaltplan aussieht, das dann nicht
mehr funktioniert.
Lothar M. schrieb:> an die Masse angeschlossen werden,> die auch der uC hat.
Masse ist ja nicht gleich Masse. Abhängig von einer Frequenz spielen
Leiterwiderstände, Flächenkapazitäten, Leiterinduktivitäten und
Leitungssymmetrien manchmal eine Rolle. Quarze sind da, sofern man
sich an Herstellervorgaben hält, verhältnismässig unkompliziert.
Edgar S. schrieb:> Suche mal in google nach Quarzkochbuch.....
Sollen wir für dich die relevanten Stelle auch noch raus suchen?
Wer etwas behauptet, ist auch angehalten, das zu referenzieren
und zwar nachvollziehbar.
Edgar S. schrieb:> Unsinn, erst Datenblätter lesen, dann schreiben.
Nicht meckern, sondern einen passenden Link anbieten, der deine
Behauptung stützen soll. Ob es dann zutrifft werden wird dann
prüfen.
Roland schrieb:> Und genau eine derartige Konstellation - eine kleine Massefläche die nur> an einer Stelle mit dem Rest verbunden wird - sehe ich bei einer eigenen> Massefläche für den Oszillator, womit sich ein Konflikt auftut.
Der "Konflikt" besteht nur dann, wenn man unbeingt will, dass diese
"Potentialinsel" unbedingt aufs mV genau das selbe Potential wie die
restliche Masse drumrum haben muss.
Das ist aber nicht nötig, sie muss nur das selbe Potential wie die
Bauteile (Quarz+Cs) darauf haben. Und sich dann auf den
Oszillator-Massepin beziehen. Wenn also eine Störung in die Bauteile
dort einkoppelt und das Oszillatorsignal dabei um 10mV anhebt, dann
koppelt diese Störung auch in die lokale Massefläche ein, die ja 1,5mm
drunter sitzt, und hebt sie ebenfalls um 10mV an. Der Oszillator im IC
sieht dann von der Störung nichts, weil ja auch sein Bezugspunkt (die
lokale Massefläche samt seinem Massepin) von der Störung angehoben
wurde.
Das ist so, wie wenn du jemandem, der auf einer Schaukel sitzt (=Quarz),
mit einem Löffel Joghurt füttern müsstest. Das geht nicht, wenn du
(=Oszillator) auf festem Potential stehst. Es ist dagegen viel leichter,
wenn du mit auf der Schaukel sitzt, mitschaukelst und deshalb den selben
Bezugspunkt hast...
Lothar M. schrieb:> Das ist so, wie wenn du jemandem, der auf einer Schaukel sitzt (=Quarz),> mit einem Löffel Joghurt füttern müsstest. Das geht nicht, wenn du> (=Oszillator) auf festem Potential stehst. Es ist dagegen viel leichter,> wenn du mit auf der Schaukel sitzt, mitschaukelst und deshalb den selben> Bezugspunkt hast...
Nannte man das nicht mal Modulation? Nicht gerade die störunanfälligste
Technik.
Hallo Lothar,
es ist völlig verständlich, dass in die Quarzschaltung eigekoppelte
Störungen sowohl die Masseverbindung als auch die Quarzsignalleitungen
betreffen, wodurch der Oszillator selbst von Störungen unbeeinträchtigt
bleibt. Für mich ist auch unbestritten, dass eine eigene Quarzmasseinsel
das Schwingverhalten des Oszillators robuster macht.
Wie Du jedoch auch angeführt hast, können Störungen das Potential der
lokalen Quarzmasseinsel ändern. Passt nun die Wellenlänge der
Störfrequenz mit der physischen Größe der Masseinsel ungünstig zusammen,
so wird die Masseinsel zusätzlich angeregt und fungiert als Antenne, was
die EMV verschlechtert. Das ist eben genau das Phänomen, von dem hier in
einigen Beiträgen sowie im Wissensbereich gewarnt wird.
Aus Richtiges Designen von Platinenlayouts:
>[...] Wenn sie durch viele Leitungen zerschnitten werden, sinkt ihre Wirksamkeit
massiv und sie können sich zu einem EMV-Problem entwickeln (Abstrahlung von
Energie, Streifen- und Schlitzantennen). [...] Auf jeden Fall darauf achten, das
KEINE Zipfel oder Streifen Massefläche existieren, die nicht an mindestens beiden
Enden mit anderen Masseflächen verbunden sind. Für "Systeme" aus solchen
Masseflächen gilt gleiches, d.h. die Masseflächen müssen auch untereinander gut
vernetzt werden.[...]
Das ist eben mein Problem. Ich verstehe beide Ideen, die Robustheit des
Oszillators durch eine eigene Masseinsel, aber auch die EMV Problematik
durch Masseinseln. Genau das ergibt für mich den Konflikt, da es ein
Widerspruch ist, möchte man beides richtig machen.
Muss man hier abwägen was man umsetzt, das geringere Übel in Kauf
nehmen?
Beste Grüße,
Roland.
Roland schrieb:> Wenn sie durch viele Leitungen zerschnitten werden
Die Massefläche wird nicht zerschnitten wie z.B. hier, wo ein
Rückstromstrom von A nach B einen gewaltigen Umweg nehmen muss:
1
Platine mit Massefläche
2
______________________________________
3
| |
4
| |
5
| |
6
| |
7
| |
8
| |
9
| A |
10
| |
11
| |
12
| ein Signal trennt die Fläche |
13
| o================================o |
14
| in zwei "Masseinseln", die nur |
15
| mit schmalen Stegen verbunden sind |
16
| |
17
| B |
18
| |
19
| |
20
| |
21
| |
22
|______________________________________|
Sondern es passiert ja nur sowas:
1
Platine mit Massefläche
2
______________________________________
3
| |
4
| |
5
| |
6
| |
7
| |
8
| A |
9
| |
10
| ___ |
11
| |Osc| |
12
| |_ _| |
13
| |
14
| |
15
| |
16
| B |
17
| |
18
| |
19
| |
20
| |
21
| |
22
|______________________________________|
Und hier fließt dann ggfs ein Rückstrom von A nach B kaum einen Umweg
und vor allem sicher nicht quer durch den Oszillator.
Roland schrieb:> Ich verstehe beide Ideen, die Robustheit des Oszillators durch eine> eigene Masseinsel, aber auch die EMV Problematik durch Masseinseln.
Im unteren Fall hast du zwar eine lokale "Masseinsel". Aber die hast du
genau wegen EMV-Vorteilen eingefügt. Und vor allem: sie ist aufgrund der
geringen Größe nicht relevant für den Stromfluss auf der restlichen
Masse.
Fazit: ein Layout ist immer ein Kompromiss und man muss natürlich
ständig mehrere Regeln und Einflüsse gegeneinander abwägen.
> Muss man hier abwägen was man umsetzt, das geringere Übel in Kauf nehmen?
Man darf vor allem nicht die Regeln übergewichten, die einfach(er) zu
verstehen sind. Und die oberste Regel ist: die Schaltung muss hinterher
funktionieren.
Sicherlich, so gesehen ist eine eigene Quarzmasseinsel keine sonderlich
große Störung im Masselayer im Vergleich zu Signalleitungen, die diese
in alle möglichen Stücke teilen. Auch ist die Form der Masseinsel
günstiger als so manche Masseteilstücke die sich beim Fluten eines
Signallayers mit Masse ergeben (dabei entstehen ja oft schmale, lange
Streifen).
Das ist wohl war, speziell wenn die Größe der Platine auch eine Rolle
spielt, bedarf es einigen Kompromissen im Layout.
Ich würde aber sagen, genauso wichtig, wie eine funktionierende
Schaltung ist eine Schaltung, die keine anderen Geräte beeinträchtigt.
Und genau das ist oft schwieriger zu erreichen als das Funktionieren
selbst.
Grüße,
Roland.
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