Wie sternförmiges PCB GND Design umsetzen?

[Hugo H. (jenspeter_t)]

Ich versuche mich für meine Projektarbeit an einem Adapterboard um 3 
Sensoren und einen Motorcontroller über RS422 und RS232 mit meinem 
STK600 Board zu verbinden. Im Anhang sieht man die GND Plane von dem 
2-Layer Design. Ich lese immer die GND's am besten sternförmig zu 
verbinden.
Praxisbeispiele sind aber rar.
-Soll ich die GND's der Peripherie(Sensoren) direkt auf das PSU-Ground 
legen und nicht auf das PCB?
-Wohin verbinde ich GND des RS232?
-Verbinde ich GND des STK600 mit dem PCB, wenn das STK600 mit dem 
gleichen PSU angeschlossen ist?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Hugo H. schrieb:
> Ich lese immer die GND's am besten sternförmig zu verbinden.
Damit soll nur verhindert werden, dass z.B. ein PWM-Laststrom mit 10A 
quer durch den Analogteil mit 10mV fließt. Man kann dieses Problem auch 
durch geschicktes Platzieren der Bauteile erledigen.

> Im Anhang sieht man die GND Plane von dem 2-Layer Design.
Bei einem 2-Lagen Design gibt es eine "GND-Plane" genausowenig, wie es 
eine "VCC-Plane gibt. Man muss beide Lagen für eine gute Versorgung der 
Bausteine verwenden. Und diese Versorgung wird zuerst gemacht. Und sie 
wird so gemacht, dass sie vernünftig funktioniert. Denn nur dann können 
logischerweise die daran angeschlossenen ICs vernünftig funktionieren.

Wenn die Versorgung gut verlegt ist, dann werden noch die paar 
Signalleitungen verlegt.

> Im Anhang sieht man
Zeig auch mal den Schaltplan, die Bauteilplatzierung und die andere 
Lage.

[MaWin (Gast)]

Massefläche heisst vor allem Massefläche und nicht Schlitzantenne.

Wenn du auf deiner Unterseite Leiterbahnen die Masse zerschneiden lässt, 
hast du keine Masse mehr.

Alles aufrippen und ZUERST Masse sternförmig (von dort wo sie kommt 
zumindest je eine Leitung zu Hochstromverbrauchern (nein, nicht 2 ein 
Stück parallel laufende zusammenfassen), eine Leitung zu 
Massebezugspunkten und eine Leitung zum Rest) dann Versorgung dazu 
parallel legen, dann die Datenleitungen (notfalls mit Autorouter) 
dazwischen.

Denk immer dran: wenn über eine Masseleitung ein Strom fliesst, ist am 
Ende nicht mehr Masse, sondern z.B. 0.1V. Vermeide auch, die Enden von 
Leitungen wieder zum Kreis zu verbinden, dann hättest du eine 
Trafo-Eindung auf der Platine. Und wenn der Strom durch Masse abfliesst, 
sollte er nahe dran auch hin fliessen, denn je grösser der räumliche 
Abstand zwischen hin und rück ist, um so grösser die Spulenfläche und 
damit die Störabstrahlung.

Kompliziert (und nicht mehr optimal lösbar) wird es, wenn der Strom 
nicht nur durch VCC hin und GND zurück fliesst, sondern z.B. zu einem 
Verbraucher (Lautsprecher, anderer IC Eingang) abgezweigt wird.

[majo (Gast)]

Die Leiterbahnführung von vielen traces der grünen Lager sieht vom 
weiten ungut aus, mit den Spagetti zerstörst Du Massefläche.. ist 
fragwürdig ob das zielführuing ist.

Bis du einnerhalb eines Gehäuses oder hast du ggf zusätzlich zum GND 
Potential auch noch mit dem PE eines Metallgehäuses zu kämpfen?

>>Ich lese immer die GND's am besten sternförmig zu
verbinden.
Da wäre Beispielweise von der Stromversorgung aus , bzw. von deren 
letzten einem Stützelko am Regler o.ä.

Wenn Du zusätzlich analoge Signale hättest, dann deren Masse sternförmig 
zur bezugsmasse vom AD Wandler.

[Hugo H. (jenspeter_t)]

Hier Schaltung und Top-Layer.

[Falk B. (falk)]

Hugo H. schrieb:
> -Soll ich die GND's der Peripherie(Sensoren) direkt auf das PSU-Ground
> legen und nicht auf das PCB?
> -Wohin verbinde ich GND des RS232?
> -Verbinde ich GND des STK600 mit dem PCB, wenn das STK600 mit dem
> gleichen PSU angeschlossen ist?

Mein Gott, was für Probleme ;-)
Für diese triviale Schaltung braucht man keine Massefläche, nahezu jedes 
beliebig schlechte Layout wird ausreichend gut funktionieren. Trotzdem 
sollte man ein paar einfache Grundregeln einhalten.

Richtiges Designen von Platinenlayouts

[Bernd W. (berndwiebus)]

Hallo Falk.

Falk B. schrieb:

> Mein Gott, was für Probleme ;-)

Mag sein, aber jeder fängt mal an zu lernen. Da kannst Du Dir Deinen 
Spott schenken.

> Für diese triviale Schaltung braucht man keine Massefläche, nahezu jedes
> beliebig schlechte Layout wird ausreichend gut funktionieren.

Du weisst nicht, in welcher gestörten Umgebung die Platine verwendet 
werden soll.
Ein gutes Layout minimiert nicht nur eigene Störung, sonder auch die 
Empfindlichkeit gegenüber Störungen von anderswo.

> Trotzdem
> sollte man ein paar einfache Grundregeln einhalten.

Ja. Und auch die muss man lernen.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de

[majo (Gast)]

Versuch die GND von den ganzen Steckern sternförmig zu deinem 
Energieversorungsstecker J4 zu verlegen (ich hätte der Versorgung auf 
der Platine noch einen kleinen Elko und eine "idotendiode" gegen 
Verpolung und etwas gegen Überspannung spendiert, ggf eine kleine 
Sicherung/selbstrückstellend... schadet nie).

im nächsten Schritt orientierst Du die wo die ströme Fliesen. Also z.B. 
der GND vom TransistorD3 kurz zu J4 verbinden. Die Datensignale welche 
bei Dir differential sind würde ich die Masse der Treibe nicht unbedingt 
den Steckverbinden zuordnen, sondern ggf eine kleine "digitalmasse" für 
alle Ic's machen. Bei dem U4 hingegen SteckerGND zusammen mit U4 gnd zum 
Sternpunkt
Falk hat da natürlich recht, bei der kleine Baugröße ist es Banane, aber 
nur des Gedankenganges wegen.

Und dann bitte die Entstörkondesnatoren möglichst direkt mit den IC'Pins 
verbinden, ich hab mir nu C10 angeschaut, da bist du nicht zum Treiber 
IC sondern zu der Stiftleiste gegangen - das wäre kontraproduktiv.

Wie schon gesagt, Schirm der Sub-D könne ggf auf PE liegen, kann man 
sich gedanken zu machen ob das so ist, ob PE tatsächlich gnd wäre oder 
ob man das ggf auch getrennt halten möchte.

Ich persönlich fülle am Ende dann alles mit Kupfer (eagle polygon, 
alitum keien Ahnung). Aber nicht direkt GND nennen, sonst ist die 
handverlegte Sternstruktur ja dahin. Ich nenne die Fläche GND_poly und 
verbinde die nur an einer Stelle (in der Regel mein Sternpunkt) mit dem 
GND. Dazu habe ich mir in eagle ein "dummybauteil" GND-Brück angelegt. 
Quasi 2 ganz enge SMD-Pads die verbunden sind, eine Seite GND eine Seite 
GND_poly. Das ezeugt mit genau an der Stelle einen DRC fehler den ich 
billige und gut ist - für mich ein akzeptabler workaround, vielleicht 
gibts besser Lösungen.

Ansonsten.
ICH würde die Bauteile etwas mehr in Reihe und Glied setzen und in der 
Regal auch nur in 90° Winklen drehen. Besetigungslöcher brauchst nicht?

[Der Chef (Gast)]

Servus,

solange man nicht vorhat, hier mit MHz-Takten Signale zu Übertragen wird 
auch das gezeigte Layout funktionieren.

Hier noch ein paar Tipps von mir, wie es trotzdem noch besser wird 
(alles auf GND.png bezogen. Die "Nicht-Masse-Leitungs-Bündel" bezeichne 
ich mal als "U":
1. Die Massefläche auch am unteren Rand verbinden (lassen), d.h. die 
Leiterbahnen alle etwas nach "oben" schieben wenn möglich
2. Wenn es möglich ist, wäre es gut, wenn die "Seiten des U" noch von 
GND unterbrochen werden. Man kann versuchen, z.B. in der "linken unteren 
Ecke" des "U" die Leitungen alle per VIA's ein paar cm auf den anderen 
Layer zu legen, und schon wird die Unterbrechung von GND kleiner. 
Zwischen R2 und U2 sollte da was gehen.
3. Wenn 2. nicht geht, kann man auch eine oder mehrere GND-Leitungen auf 
dem anderen layer "über die U-Schenkel" zu legen und auf beiden Seiten 
des "U" per Via anzubinden.

Ich persönlich versuche stets so zu layouten, daß überhaupt keine 
Signale auf der GND-Seite sind, und wenn doch notwendig, dann nur 
möglichst kurze Stücke: "Lieber mehrere kleine Unterbrechungen der 
GND-Fläche, als eine große Störung".

Gruß

Robert