Was sind interne Stromversorgungs- und Erdungsschichten?

Was sind interne Stromversorgungs- und Erdungsschichten?

Interne Stromversorgungs- und Erdungslagen sind Lagen innerhalb einer Leiterplatte, die für die Übertragung von Strom- und Erdungssignalen bestimmt sind. Diese Lagen befinden sich im Inneren des Leiterplattenaufbaus und sind entscheidend für die Bereitstellung eines stabilen Stromverteilungsnetzes und einer niederohmigen Erdungsreferenz für die Schaltung.

Versorgungslagen sind in der Regel segmentiert, d. h. sie sind in verschiedene Bereiche unterteilt, um mehrere Stromschienen auf der Leiterplatte unterzubringen. Diese Segmentierung trägt dazu bei, den verfügbaren Platz optimal zu nutzen und die Gesamtzahl der Lagen zu verringern. Masselagen hingegen sind massive Ebenen, die die gesamte Lage ausfüllen und einen durchgehenden und niederohmigen Pfad für die Rückströme bilden.

Die Anordnung von Stromversorgungs- und Erdungsschichten ist wichtig für eine ordnungsgemäße Stromverteilung, Erdung, Hochfrequenzentkopplung und die Verringerung der elektromagnetischen Störstrahlung (EMI). Durch die Anordnung von Stromversorgungsschichten neben Erdungsschichten entsteht eine flächige Kapazität, die zur Hochfrequenzentkopplung beiträgt und die Robustheit gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMV) verbessert.

Was die Signalführung betrifft, so können sowohl die Stromversorgungs- als auch die Masseebene als Impedanzreferenzen und Stromrückführpfade für Signallagen verwendet werden. Es wird jedoch empfohlen, die Masseebene als Signalreferenz oder Rückweg zu wählen, insbesondere bei empfindlichen Stromschienen. Der Grund dafür ist, dass Stromversorgungsebenen, insbesondere in FPGA-Designs, eher segmentiert sind, was zu einer Kopplung von Schaltgeräuschen mit der Stromversorgungsebene führt und die Geräteleistung beeinträchtigt.

Um dieses Problem zu lösen, kann die Stapeltopologie so gestaltet werden, dass die segmentierten Versorgungslagen von den Signallagen isoliert werden, indem sie zwischen massiven Masselagen eingebettet werden. Diese Topologie erfordert zwar mehr Masselagen, beseitigt aber die Bedenken hinsichtlich der Verwaltung von Signalen, die geteilte Leistungsebenen während des Layouts kreuzen.