Placement de Vias pour connecter les plans au sol

Je me suis beaucoup interrogé sur les pratiques de mise à la terre sur les dispositions de PCB. Ma première question à ce sujet concerne les vias. J'ai remarqué que sur un simple PCB à 2 couches avec des plans de masse des deux côtés, il y aura généralement quelques ou plusieurs vias espacés pour les connecter avec une impédance minimale entre les deux coulées de cuivre.

Cependant, sur une carte RF, le placement via semble beaucoup plus délibéré et je me pose des questions sur la théorie derrière cela. Les vias reliant les plans au sol bordent souvent la trace RF. Voir cet exemple de guide d'onde coplanaire différentiel:

J'ai également une deuxième question sur la mise à la terre des PCB. Quand est-il approprié d'isoler les plans au sol les uns des autres? Et comment le fait d'avoir les plans de masse sur une couche (disons en haut) isolés les uns des autres aide-t-il lorsque ces deux plans de masse sont connectés au même plan de masse en bas via des vias. Lorsque nous avons ces plans de sol isolés, le placement du via diffère-t-il de l'un des cas ci-dessus?

Remarque: je suis conscient du doublon possible ici, mais je ne suis pas satisfait des réponses et pense que ma question demande plus de détails.

Merci pour l'information.

La disposition que vous avez montrée ressemble à ce que l'on appelle un guide d'onde coplanaire à base de cuivre (CBCPW). Cela signifie que le retour du sol pour le guide d'onde n'est pas seulement dans les sols coplanaires (le sol se remplit sur la même couche que les traces de signal) mais aussi dans la couche plane immédiatement "en dessous" de la couche de signal. Cette structure est assez ésotérique, en ce sens que je ne l'ai vue utilisée dans les systèmes numériques que lorsque les débits de données dépassent 20 Gb / s.

J'ai trouvé ce qui ressemble à une discussion raisonnable sur les différences entre CBCPW et microruban dans un article du Microwave Journal par les ingénieurs de Rogers Corp.

Cet article montre que le CBCPW a une perte plus faible que le microruban aux fréquences où la perte de rayonnement devient importante dans le microruban, à partir de 25 GHz environ, ce qui explique pourquoi le CBCPW n'est pas largement utilisé aux fréquences plus basses.

Répondant à votre question, l'article souligne certaines exigences particulières pour la mise à la terre des vias dans les structures CBCPW:

Pour une mise à la terre correcte, les circuits CBCPW utilisent des vias pour connecter les plans de masse coplanaires de la couche supérieure et le plan de masse de la couche inférieure. Le placement de ces vias peut être critique pour obtenir les caractéristiques d'impédance et de perte souhaitées, ainsi que pour supprimer les modes d'ondes parasites.

Cela signifie essentiellement que sans des vias de couture fréquents entre la masse coplanaire et la masse d'appui, la puissance pourrait être transférée vers des modes de propagation indésirables, ce qui provoquerait soit une perte d'insertion excessive, soit une forte dispersion des caractéristiques de la ligne de transmission.

Partie 1: Une longue fente dans un plan de masse sur le dessus peut agir comme une antenne, à la fois en termes de rayonnement et de capture de courants qui tentent de circuler perpendiculairement à la fente. Vous pouvez considérer une fente comme une sorte de «fil négatif». Plus de détails peuvent être trouvés ici .

Les courants à haute fréquence qui tentent de passer d'un morceau du plan de masse supérieur à un autre (s'écoulant perpendiculairement à la trace RF) sont contraints de circuler autour des frontières des espaces entre les morceaux. Considérez maintenant ce qui se passe si la longueur de la fente est égale à la moitié de la longueur d'onde du courant. La tension à travers la fente est forcée à zéro aux extrémités de la fente (où les pièces sont connectées), mais cela signifie que la différence de tension à travers la fente sera la plus élevée au centre de la fente. De même, le courant (à travers la fente) est forcé à zéro au centre de la fente, mais est maximum aux extrémités de la fente. Il s'agit du "double" électrique d'une antenne filaire demi-onde ordinaire, dans laquelle le courant est maximal au centre et la tension est maximale aux extrémités. La fente et le fil sont tout aussi efficaces que les antennes,

Les multiples vias reliant les deux côtés de la fente au plan de masse solide de l'autre côté "court-circuitent" cette antenne à fente, éliminant ce problème.

Partie 2: Des plans de masse indépendants pour certains sous-systèmes "bruyants" (ou, d'ailleurs, des sous-systèmes qui doivent être particulièrement "silencieux") sur une carte, qui sont connectés au plan de masse au niveau du système en un seul point, servent à limiter les courants de retour des signaux à l'intérieur de ce sous-système à cette zone de la carte, les empêchant d'affecter (ou d'être affectés par) d'autres sous-systèmes de la carte.

Par exemple, supposons que vous disposiez d'un système d'acquisition de données basé sur un microprocesseur doté d'un CAN haute résolution et de circuits de conditionnement de signaux analogiques en amont. Vous pouvez créer un plan de masse pour les circuits analogiques et un autre pour le microprocesseur et ses cristaux et autres périphériques numériques (par exemple, une grande puce de mémoire flash), et connecter chacun d'eux à un plan de masse du système (ou entre eux) à juste un point. Cela maintient le bruit haute fréquence du cristal et les autres signaux d'E / S numériques à commutation rapide du microprocesseur hors du plan de masse pour les circuits analogiques sensibles. Vous le verrez si vous regardez les dispositions des cartes d'évaluation que les fabricants produisent pour leurs puces ADC et DAC haute résolution.

En CPW ou Coplanar Wavequide, l'énergie RF est entre les conducteurs au-dessus du substrat. Ceci est courant dans les semi-conducteurs où il est difficile d'accéder à un plan de masse et les distances sont très courtes. Pour les PCB, il doit y avoir une mise à la terre et cela est appelé guide d'ondes coplanaire mis à la terre (CPWG) ou guide d'ondes coplanaire à conducteur conducteur (CBCPWG). L'espacement via est de créer un mur virtuel par lequel l'énergie RF ne peut pas passer. Plus la fréquence est élevée, plus la longueur d'onde est courte et plus les vias doivent être rapprochés. Voici un lien vers un article qui le montre en testant différentes cartes aux pages 14-21.

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