Umgang mit Erdung im Hochfrequenzdesign

Bei Hochfrequenzdesigns muss die Frage der Erdung berücksichtigt werden. Im Zusammenhang mit der Erdung müssen mehrere Aspekte berücksichtigt werden. Dazu gehören die Impedanz von Erdungsleitern und Erdungsverbindungen, der Gleichstrompfad, der niederfrequente Signale dominiert, und die Ein-Punkt-Erdung.

Impedanz von Erdungsleitern

Die Erdungselektrode eines typischen geerdeten elektrischen Systems ist parallel zu den Erdungsstäben auf der Leitungsseite des Netzes, der Transformatoren und der Masten angeordnet. Der zu prüfende Stab ist mit der Erdungselektrode verbunden. Der Ersatzwiderstand der netzseitigen Erdungsstangen ist vernachlässigbar.

Eine Ein-Punkt-Erdungsmethode ist für Frequenzen unter einem MHz akzeptabel, aber für hohe Frequenzen weniger wünschenswert. Eine Ein-Punkt-Erdungsleitung erhöht die Erdungsimpedanz aufgrund der Drahtinduktivität und der Leitungskapazität, während Streukapazitäten zu unbeabsichtigten Erdungsrückleitungen führen. Für Hochfrequenzschaltungen ist eine Mehrpunkt-Erdung erforderlich. Bei dieser Methode entstehen jedoch Erdungsschleifen, die anfällig für Magnetfeldinduktion sind. Daher ist es wichtig, hybride Erdungsschleifen zu vermeiden, insbesondere wenn die Schaltung empfindliche Komponenten enthält.

Erdungsrauschen kann in Hochfrequenzschaltungen ein großes Problem darstellen, vor allem, wenn die Schaltungen große schwankende Ströme aus der Versorgung beziehen. Dieser Strom fließt in der gemeinsamen Masse-Rückleitung und verursacht eine Fehlerspannung (DV). Diese variiert mit der Frequenz der Schaltung.

Impedanz von Bondleitern

Im Idealfall sollte der Widerstand von Bondleitern weniger als ein Milliohm betragen. Bei höheren Frequenzen ist das Verhalten eines Bondleiters jedoch komplexer. Er kann parasitäre Effekte und Restkapazitäten in der Parallelschaltung aufweisen. In diesem Fall wird der Bonding-Leiter zu einem Parallelschwingkreis. Außerdem kann er aufgrund des Skin-Effekts, d. h. des Stromflusses durch die Außenfläche des Leiters, einen hohen Widerstand aufweisen.

Ein typisches Beispiel für eine leitungsgebundene Störeinkopplung ist ein Motor- oder Schaltkreis, der in einen Mikroprozessor mit Erdungsrückleitung eingespeist wird. In diesem Fall ist die Impedanz des Erdungsleiters höher als die Betriebsfrequenz, und es ist wahrscheinlich, dass der Stromkreis in Resonanz gerät. Aus diesem Grund werden die Erdungsleiter in der Regel an mehreren Punkten mit unterschiedlichen Erdungslängen geklebt.

Gleichstrompfad dominiert bei niederfrequenten Signalen

Es wird allgemein angenommen, dass der Gleichstrompfad für niederfrequente Signale einfacher zu implementieren ist als Hochfrequenzschaltungen. Diese Methode hat jedoch mehrere Einschränkungen, insbesondere bei integrierten Implementierungen. Zu diesen Einschränkungen gehören Flickerrauschen, Gleichstromversatz und große Zeitkonstanten. Außerdem werden bei diesen Entwürfen in der Regel große Widerstände und Kondensatoren verwendet, die ein starkes thermisches Rauschen erzeugen können.

Im Allgemeinen folgt der Rückstrom von Hochfrequenzsignalen dem Pfad mit der kleinsten Schleifenfläche und der geringsten Induktivität. Das bedeutet, dass der größte Teil des Signalstroms über einen schmalen Pfad direkt unter der Signalleitung in die Ebene zurückkehrt.

Ein-Punkt-Erdung

Die Ein-Punkt-Erdung ist ein wesentliches Element für den Schutz von Kommunikationsanlagen vor Blitzschlag. Neben einer effektiven Erdung bietet diese Technik auch einen strukturellen Blitzschutz. Sie wurde in blitzgefährdeten Gebieten ausgiebig getestet und hat sich als wirksame Methode erwiesen. Die Ein-Punkt-Erdung ist jedoch nicht die einzige Überlegung.

Wenn der Leistungsunterschied zwischen den Stromkreisen groß ist, ist eine serielle Ein-Punkt-Erdung möglicherweise nicht sinnvoll. Der daraus resultierende hohe Rückstrom kann Stromkreise mit geringer Leistung stören. Wenn der Leistungsunterschied gering ist, kann eine parallele Ein-Punkt-Erdung verwendet werden. Diese Methode hat jedoch viele Nachteile. Die Ein-Punkt-Erdung ist nicht nur ineffizient, sondern erfordert auch einen größeren Erdungsaufwand und erhöht die Erdungsimpedanz.

Ein-Punkt-Erdungssysteme werden im Allgemeinen bei niedrigeren Frequenzen verwendet. Wenn die Stromkreise jedoch mit hohen Frequenzen betrieben werden, kann ein Mehrpunkt-Erdungssystem eine gute Wahl sein. Die Erdungsebene eines Hochfrequenzkreises sollte von zwei oder mehr Kreisen gemeinsam genutzt werden. Dadurch wird die Gefahr von Magnetschleifen verringert.

Leistungsstörungen

Leistungsstörungen können die Leistung einer Schaltung beeinträchtigen und sogar ernsthafte Probleme mit der Signalintegrität verursachen. Daher ist es unerlässlich, Leistungsstörungen bei der Entwicklung von Hochfrequenzschaltungen zu berücksichtigen. Glücklicherweise gibt es Methoden, um diese Probleme zu lösen. Die folgenden Tipps werden Ihnen helfen, die Leistungsstörungen in Ihren Hochfrequenzdesigns zu reduzieren.

Verstehen Sie zunächst, wie elektromagnetische Interferenzen entstehen. Es gibt zwei Hauptarten von Störungen: kontinuierliche und impulsartige. Kontinuierliche Störungen entstehen durch künstliche und natürliche Quellen. Beide Arten von Störungen sind durch einen Kopplungsmechanismus und eine Reaktion gekennzeichnet. Impulsstörungen hingegen treten intermittierend und innerhalb kurzer Zeit auf.

5 Hauptursachen für Schaumbildung bei der Verkupferung einer Leiterplatte

There are many causes of foaming on the copper plating of a PCB board. Some are caused by oil or dust pollution while others are caused by the copper sinking process. Foaming is a problem with any copper plating process as it requires chemical solutions that can cross-contaminate other areas. It can also occur due to improper local treatment of the board surface.

Micro-etching

In micro-etching, the activity of the copper precipitate is too strong, causing pores to leak and blisters. It can also lead to poor adhesion and deteriorate coating quality. Hence, removing these impurities is crucial to prevent this problem.

Before attempting copper plating, the copper substrate is subjected to a cleaning sequence. This cleaning step is essential to remove surface impurities and provide an overall wetting of the surface. Next, the substrate is treated with an acid solution to condition the copper surface. This is followed by the copper plating step.

Another cause of foaming is improper cleaning after acid degreasing. This can be caused by improper cleaning after acid degreasing, misadjustment of the brightening agent, or poor copper cylinder temperature. Besides, improper cleaning can lead to slight oxidation of the board’s surface.

Oxidation

Oxidation causes foaming on the copper plating of the PCB board when the copper foil on the board is not sufficiently protected against the effects of oxidation. The problem can occur due to poor adhesion or surface roughness. It can also occur when the copper foil on the board is thin and does not adhere well to the board substrate.

Micro-etching is a process that is employed in copper sinking and pattern electroplating. Micro-etching should be performed carefully to avoid excessive oxidation. Over-etching could lead to the formation of bubbles around the orifice. Insufficient oxidation can lead to poor bonding, foaming and a lack of binding force. Micro-etching should be performed to a depth of 1.5 to two microns before the copper deposition and 0.3 to one micron before the pattern plating process. Chemical analysis can be used to ensure that the required depth has been achieved.

Substrate processing

Foaming on the copper plating of the PCB board is a major quality defect that can be caused by poor substrate processing. This issue occurs when the copper foil on the board surface is unable to adhere to the chemical copper because of poor bonding. This causes the copper foil to blister on the board surface. This results in an uneven color and black and brown oxidation.

The process of copper plating requires the use of heavy copper adjustment agents. These chemical liquid medicines can cause cross contamination of the board and result in poor treatment effects. In addition to this, it can lead to uneven board surfaces and a poor bonding force between the board and the PCBA assembly.

Micro-erosion

Foaming on copper plating of PCB board can be caused by two major factors. The first is improper copper plating process. The copper plating process uses a lot of chemicals and organic solvents. The copper plating treatment process is complicated and the chemicals and oils in the water used for plating can be harmful. They can cause cross-contamination, uneven defects, and binding problems. The water used for copper plating process should be controlled and should be of good quality. Another important thing to consider is the temperature of copper plating. This will greatly affect the washing effect.

Micro-erosion occurs when water and oxygen are dissolved on the copper plate. The dissolved water and oxygen from the water causes an oxidation reaction and forms a chemical compound called ferrous hydroxide. The oxidation process results in the release of electrons from the board’s copper plating.

Lack of cathodic polarity

Foaming on the copper plating of a PCB board is a common quality defect. The process used for manufacturing the PCB board is complex and requires careful process maintenance. The process involves chemical wet processing and plating, and requires careful analysis of the cause and effect of foaming. This article describes the causes of foaming on the copper plate and what can be done to prevent it.

The pH level of the plating solution is also crucial, as it determines the cathodic current density. This factor will affect the coating’s deposition rate and quality. A lower pH plating solution will result in greater efficiency, while a higher pH will result in less.