4-lagige Platine - Informationsmaterial gesucht

Hallo,

ab wann macht eine 4-lagige Platine gegenüber einer 2-lagigen Platine Sinn? Bzw. kennt jmd. ein pdf oder ähnliches im Netz wo man sich über sowas informieren kann - google hat bei mir bis jetzt nichts gutes gebracht.

Von der Anzahl der ICs würde ich es auf eine Seite bekommen. Aber es sind hohe Frequenzen im spiel (SDRAM Ethernet…) und EMV-technisch hat ja eine 4-lagige Platine vorteile (wenn sich GND auf der 2ten lage befindet und somit die mag. felder unterbricht…)

aber um ein geeignetes layout dafür zu machen, fehlen mir einfach noch etwas die kenntnisse wie man 4-lagige platinen plant; ich weiß nur dass man von jedem IC (VCC) sofort auf den VCC-Layer geht und man den 100nF Abblockkondensator (oder was halt im Datasheet angegeben ist) nicht immer braucht wie beim 2-lagigen Platine…

Gruß
patrick

Hallo,

ab wann macht eine 4-lagige Platine gegenüber einer 2-lagigen
Platine Sinn?

Na wenn man mit 2 Lagen nicht mehr auskommt oder das Risiko
eines Fehlschlages mit 2 Lagen deutlich höher ist als die
Mehrkosten.
Es kommt natürlich sehr auf die Randbedingungen.
Ein Entwurf für wenige LP bei hohen Stückpreis ist was anders
als sehr große Serien mit geringen Stückosten.
Mußt du mit dem Entwurf eine EMV-Prüfung bestehen?

Wenn’s nur eine private Bastelei ist, mußt du selber wissen,
ob’s sich lohnt.

Bzw. kennt jmd. ein pdf oder ähnliches im Netz
wo man sich über sowas informieren kann - google hat bei mir
bis jetzt nichts gutes gebracht.

Hier gab’s erst vor paar Tagen eine ähnliche Frage mit
passenden Antworten zu PCB-Entwurf.
http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarchiv…

Von der Anzahl der ICs würde ich es auf eine Seite bekommen.
Aber es sind hohe Frequenzen im spiel (SDRAM Ethernet…) und
EMV-technisch hat ja eine 4-lagige Platine vorteile (wenn sich
GND auf der 2ten lage befindet und somit die mag. felder
unterbricht…)

Die abschirmende Wirkung ist nicht das primäre Problem.
Eine ordentliche Masseführung und gute Abblockung der
Betriebsspannungen sowie möglichst optimale (kurze)Leitungsführung
machen aber das 4-Lagenlayout interessant.
Ich nutze 2 Lagen nur noch bei wirklich einfachen LP.
Die möglichen Kosten durch Verzug bei der Entwicklung und
mögl. Ausfälle im praktischen Einsatz sind da viel höher
zu bewerten, als ca. 3…4€ Mehrkosten bei der LP.

aber um ein geeignetes layout dafür zu machen, fehlen mir
einfach noch etwas die kenntnisse wie man 4-lagige platinen
plant;

Üblicherweise legt man auf eine Mittelage großflächig die
Schaltungsmasse und auf die andere Mittelage die Betriebs-
spannungen (ebenfalls großflächig).
Diese Flächen dürfen durch andere Leiterzüge nicht zu sehr
zerklüftet werden.

Beim Hersteller sollte dann der Kern möglichst dünn bestellt
werden (150…300um), um eine großen kap. Flächenbelag zu erhalten.
Zu dünn geht schlecht, weil schwierig herzustellen.

ich weiß nur dass man von jedem IC (VCC) sofort auf den
VCC-Layer geht und man den 100nF Abblockkondensator (oder was
halt im Datasheet angegeben ist) nicht immer braucht wie beim
2-lagigen Platine…

Ja, das ist richtig. Bei großflächigen Powerplanes muß nicht immer
dicht am IC abgeblockt werden. dafür lieber ein Kombination
verschiedener C auf die Fläche verteilen, um Resonanzen der
verschiedenen Block-C auszugleichen.
Also z.B. einige 10nF und 100nF Keramik-C verteilen und durch
Tantal-C (ca. 4,7…22uF) und Elko (>100uF) ergänzen.

Beim Layouten ist übrigens das clevere Plazieren der BE das A und O.

Gruß Uwi

Hallo,

ab wann macht eine 4-lagige Platine gegenüber einer 2-lagigen
Platine Sinn?

Na wenn man mit 2 Lagen nicht mehr auskommt oder das Risiko
eines Fehlschlages mit 2 Lagen deutlich höher ist als die
Mehrkosten.

Auf der Platine befinden sich zwei Prozessoren - ein kleinerer und ein größerer (208Pin). Was ich bis jetzt gelesen habe, ist bei hohen Frequenzen es ratsam um die geforderten Impedanzen einhalten zu können - da würde mir jetzt nur die Ethernet-Schnittstelle und der SDRAM einfallen und das übliche wie Quarz etc. Gut die Impedanzen kann man mit Microstrip Software sich ausrechnen und dann hat man einen theoretischen wert in der hand.

Des Weiteren wurde als ein weiterer Punkt „die Abführung der Verlustwärme von best. Bauteilen“ genannt. --> Wenn ich das richtig sehe, ist das bei 4-lagigen deshalb besser, weil die GND nicht weit entfernt ist und somit alles darüber schnell „abfließen“ kann. Aber ab wann sowas relevant wird, dass man sich für 4-lagen entscheidet, weiß ich nicht.

Es kommt natürlich sehr auf die Randbedingungen.
Ein Entwurf für wenige LP bei hohen Stückpreis ist was anders
als sehr große Serien mit geringen Stückosten.
Mußt du mit dem Entwurf eine EMV-Prüfung bestehen?

das produkt sollte danach auch eingesetzt werden können.

Hier gab’s erst vor paar Tagen eine ähnliche Frage mit
passenden Antworten zu PCB-Entwurf.

vielen dank, werd ich mir gleich mal durchlesen.

Beim Hersteller sollte dann der Kern möglichst dünn bestellt
werden (150…300um), um eine großen kap. Flächenbelag zu
erhalten.
Zu dünn geht schlecht, weil schwierig herzustellen.

das stellt sozusagen den kondensator dar, den man sonst bei 2-lagen stets bei jedem VCC-Pin installieren muss.

Ja, das ist richtig. Bei großflächigen Powerplanes muß nicht
immer
dicht am IC abgeblockt werden. dafür lieber ein Kombination
verschiedener C auf die Fläche verteilen, um Resonanzen der
verschiedenen Block-C auszugleichen.

wie installiert man diese dann? Einen 100nF und einen kleinen 10nF für jeden IC oder wie geht man davor? Bzw. wie verteilt man diese (nach welchem Prinzip)? Oder sind das alles mehr oder weniger reine Erfahrungswerte?

Beim Layouten ist übrigens das clevere Plazieren der BE das A
und O.

das bezeichnest du mit BE?

gruß
patrick

Hallo,

Auf der Platine befinden sich zwei Prozessoren - ein kleinerer
und ein größerer (208Pin).

Sowas würde ich mit mind. 4 Lagen machen, wenn das überhaupt
reicht? Evtl. auch 6 Lagen, wenn fast alle Pins herausgezogen
werden müssen.

Was ich bis jetzt gelesen habe, ist
bei hohen Frequenzen es ratsam um die geforderten Impedanzen
einhalten zu können - da würde mir jetzt nur die
Ethernet-Schnittstelle und der SDRAM einfallen und das übliche
wie Quarz etc.

Da sind die Längen nichtabgeschlossener Leitungen wichtig.
Dazu steht auch was in dem anderen Threat.
Quarz spielt kaum eine Rolle, weil man den dicht an den IC
plaziert und da nur Sinus drauf ist.
Der SRAM gehört auch so dicht wie möglich an den uC.
Ansonsten ist nicht die Frequenz, sondern die Flankensteilheit
der Signale von Bedeutung.
Kritische Pfade kann man auch entschärfen, indem man z.B.
paar pF an die Leitung hängt, so daß die Flanken weniger steil
sind und so HF-Abstrahlung geringer ausfällt.

Gut die Impedanzen kann man mit Microstrip
Software sich ausrechnen und dann hat man einen theoretischen
wert in der hand.

Ich glaube, du gehst da mit falschen Vorstellungen ran.
Aber genau das Thema hatten wir doch kürzlich schon diskutiert.
http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarchiv…

Des Weiteren wurde als ein weiterer Punkt „die Abführung der
Verlustwärme von best. Bauteilen“ genannt. --> Wenn ich das
richtig sehe, ist das bei 4-lagigen deshalb besser, weil die
GND nicht weit entfernt ist und somit alles darüber schnell
„abfließen“ kann. Aber ab wann sowas relevant wird, dass man
sich für 4-lagen entscheidet, weiß ich nicht.

Hast du den Leistungselektronik drauf?
Ich denke bei den hochpoligen Prozessoren spielt das weniger eine
Rolle. Deren Pins sind eher wenig zur Wärmeabfuhr konzipiert.

Ansonsten ist es so, daß die großflächigen Powerplanes
die Wärme auf dem gesamten PCB besser verteilen (keine Hotspots).

Es kommt natürlich sehr auf die Randbedingungen.
Ein Entwurf für wenige LP bei hohen Stückpreis ist was anders
als sehr große Serien mit geringen Stückosten.
Mußt du mit dem Entwurf eine EMV-Prüfung bestehen?

das produkt sollte danach auch eingesetzt werden können.

Was soll das heißen? Private Bastelei soll auch „eingesetzt“ werden.

Hier gab’s erst vor paar Tagen eine ähnliche Frage mit
passenden Antworten zu PCB-Entwurf.

vielen dank, werd ich mir gleich mal durchlesen.

Beim Hersteller sollte dann der Kern möglichst dünn bestellt
werden (150…300um), um eine großen kap. Flächenbelag zu
erhalten.
Zu dünn geht schlecht, weil schwierig herzustellen.

wie installiert man diese dann? Einen 100nF und einen kleinen
10nF für jeden IC oder wie geht man davor?

Nein , nicht für jeden IC, sondern in Abhängigkeit von den
zu erwartenden Spitzenströme ein paar Keramik-C unterschiedlicher
Größe auf der Platte verteilt um mogl. minim. HF-Impedanz an allen
Stellen der LP zu erreichen.
Bei Elkos lohnt das Verteilen nicht, weil die eh nur bei niedrigen
Frequenzen wirksam sind.
An den Hauptstromverbrauchern (Prozessor, CMOS-Gatter)
eher bevorzugt, als an Niedrigstromverbrauchern (z.B. RTC )

Bzw. wie verteilt
man diese (nach welchem Prinzip)? Oder sind das alles mehr
oder weniger reine Erfahrungswerte?

Ist viel Erfahrungssache, und solange man keine riesigen Stückzahlen
macht, geht man lieber auf Nummer sicher. Da nutzt es nix, 20Cent
zu sparen, wenn das Gerät dann unzuverlässig läuft oder
EMV-Prüfungen für einige k€ widerholtwerden müssen.
Ein Keramik-C in Bauform 0805 oder 0603 kostet ca 1…3 Cent
für Material und Bestückung.

Bei Mio-Stückzahlen ist das was anderes. da lohnt sich alles
bis aufs Notwendigste zu Optimieren.

Beim Layouten ist übrigens das clevere Plazieren der BE das A
und O.

das bezeichnest du mit BE?

BE =Bauelemente

Gruß Uwi

Hallo,

Auf der Platine befinden sich zwei Prozessoren - ein kleinerer
und ein größerer (208Pin).

Sowas würde ich mit mind. 4 Lagen machen, wenn das überhaupt
reicht? Evtl. auch 6 Lagen, wenn fast alle Pins herausgezogen
werden müssen.

etwas mehr als die Hälfte der Pins muss verwendet werden.

Da sind die Längen nichtabgeschlossener Leitungen wichtig.
Dazu steht auch was in dem anderen Threat.

dazu hab ich mir auch einige Sheets von den Herstellern durchgelesen - sehr hilfreich. Aber das hab ich ja so oder so - also egal ob zweilagig oder vierlagig. Und man sollte Vias etc. bei solchen Leitungen vermeiden (HF) - oder deine Idee mit den zusätzlichen Kondensatoren (kommt halt drauf an, wie empfindlich die ICs sind bzw. wie genau die Flanke beim IC ankommen muss, das sie noch zur richtigen zeit auch erkannt wird…)

Ansonsten ist nicht die Frequenz, sondern die Flankensteilheit
der Signale von Bedeutung.

gut die Frequenz führt zu höheren EMV-Problemen -> GND-Lage reduziert dies um die Hälfte (stand in einem doc)

Kritische Pfade kann man auch entschärfen, indem man z.B.
paar pF an die Leitung hängt, so daß die Flanken weniger steil
sind und so HF-Abstrahlung geringer ausfällt.

Ich glaube, du gehst da mit falschen Vorstellungen ran.
Aber genau das Thema hatten wir doch kürzlich schon
diskutiert.

dieses buch „High Speed Digital Design“ wäre wahrscheinlich sehr gut für mich, oder? Ich denke, dass es ein paar Sachen sind, die noch nicht im Kopf befinden oder falsch…

Hast du den Leistungselektronik drauf? Ich denke bei den hochpoligen
Prozessoren spielt das weniger
eine
Rolle. Deren Pins sind eher wenig zur Wärmeabfuhr konzipiert.

das hab ich nur in den datasheets gelesen zu den themen - die GND soll deshalb auch immer etwas dicker ausgeführt werden und kurz sein, um alles möglichst schnell ableiten zu können.

Nein , nicht für jeden IC, sondern in Abhängigkeit von den
zu erwartenden Spitzenströme ein paar Keramik-C
unterschiedlicher Größe auf der Platte verteilt um mogl. minim. HF-:Impedanz an allen Stellen der LP zu erreichen.

Ab wann spricht man von hohen Frequenzen - hab da sehr unterschiedliche sachen gelesen? Manche legen mit der -3dB Grenze die höchste nennswerte Frequenz fest, andere nehmen nen faktor 10 mit…

Gruß
patrick

Hallo,

etwas mehr als die Hälfte der Pins muss verwendet werden.

Das geht ja noch. Kommt natürlich auch drauf an, wie die
Pinsliegen und wie eng die sind (0,5mm oder 0,65 ).

Da sind die Längen nichtabgeschlossener Leitungen wichtig.
Dazu steht auch was in dem anderen Threat.

dazu hab ich mir auch einige Sheets von den Herstellern
durchgelesen - sehr hilfreich. Aber das hab ich ja so oder so

  • also egal ob zweilagig oder vierlagig. Und man sollte Vias
    etc. bei solchen Leitungen vermeiden (HF) - oder deine Idee
    mit den zusätzlichen Kondensatoren (kommt halt drauf an, wie
    empfindlich die ICs sind bzw. wie genau die Flanke beim IC
    ankommen muss, das sie noch zur richtigen zeit auch erkannt
    wird…)

Ja, die konkrete Kap. muß man ausprobieren.
Wenn die Flanken eh schon rund sind, dann keine zusätzl. kap. last.

Ansonsten ist nicht die Frequenz, sondern die Flankensteilheit
der Signale von Bedeutung.

gut die Frequenz führt zu höheren EMV-Problemen -> GND-Lage
reduziert dies um die Hälfte (stand in einem doc)

Keine Ahnung, ob man das so pauschal sagen kann.
In ungünstigen faällen kannn auch einen Unterschied 1:100
ausmachen. Durch die zusätzlichen Planes wird ja das gesamte
Layoutkonzept beinflußt.

dieses buch „High Speed Digital Design“ wäre wahrscheinlich
sehr gut für mich, oder? Ich denke, dass es ein paar Sachen
sind, die noch nicht im Kopf befinden oder falsch…

Ich habe ehrlich von echtem Highspeed-Design wenig Ahnung.
Meine uC haben max. ca. 20Mhz.

das hab ich nur in den datasheets gelesen zu den themen - die
GND soll deshalb auch immer etwas dicker ausgeführt werden und
kurz sein, um alles möglichst schnell ableiten zu können.

Für sichere Funktion der Schaltung ist eine HF-mäßig niederohmige
Masseverbindung sehr zweckmäßig. Da sind auch schon paar mm
Leiterzug und auch zu kleine Durchkontaktierungen eine Engstelle.

Nein , nicht für jeden IC, sondern in Abhängigkeit von den
zu erwartenden Spitzenströme ein paar Keramik-C
unterschiedlicher Größe auf der Platte verteilt um mogl. minim. HF-:Impedanz an allen Stellen der LP zu erreichen.

Ab wann spricht man von hohen Frequenzen - hab da sehr
unterschiedliche Sachen gelesen?

Ja, das 30MHz-Band (KW-Funk) heißt bei HF-Technikern ja auch
„Gleichstromband“. Für Bastler kann auch 1MHz eine echte
Herausforderung sein.

Manche legen mit der -3dB
Grenze die höchste nennswerte Frequenz fest, andere nehmen nen
faktor 10 mit…

Egal, ab 30MHz wird bei einer normkonformen EMV-messung die
Abstrahlung und Störfestigkeit über Luft geprüft.

Gruß Uwi