{"id":4796,"date":"2026-03-11T09:33:04","date_gmt":"2026-03-11T09:33:04","guid":{"rendered":"https:\/\/flj-pcb.com\/?p=4796"},"modified":"2026-03-11T09:33:06","modified_gmt":"2026-03-11T09:33:06","slug":"pcb-grounding-best-practices-for-low-noise","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/flj-pcb.com\/de\/pcb-grounding-best-practices-for-low-noise\/","title":{"rendered":"PCB-Erdung Best Practices f\u00fcr geringes Rauschen"},"content":{"rendered":"

Massebahnen und Massefl\u00e4chen weisen eine Impedanz auf. Wenn Strom durch einen Massepfad flie\u00dft, entsteht auf diesem Pfad eine Spannung. Diese Spannung ist Rauschen. Rauschspannung ist eine der St\u00f6rquellen, die die Systemstabilit\u00e4t beeintr\u00e4chtigen k\u00f6nnen. Um das Masseraussehen zu verringern, m\u00fcssen wir daher zun\u00e4chst die Masseimpedanz senken.<\/p>\n\n\n\n

Wie jeder wei\u00df, dient die Masse als R\u00fcckleitung f\u00fcr den Strom. Jedes Signal muss einen Weg zur\u00fcck zur Masse finden, der die geringste Impedanz aufweist. Daher ist es sehr wichtig, wie wir diesen R\u00fcckleitungspfad gestalten.<\/p>\n\n\n\n

1 \u2014 Warum Gr\u00f6\u00dfe und Form des R\u00fcckkanals eine Rolle spielen<\/h2>\n\n\n\n

Erstens wissen wir aus der Strahlungsformel, dass die Strahlungsst\u00e4rke proportional zur Schleifenfl\u00e4che ist. Das bedeutet: Je l\u00e4nger der R\u00fcckweg und je gr\u00f6\u00dfer die Schleife ist, desto st\u00e4rker strahlt sie ab und st\u00f6rt andere Schaltkreise. Wenn Sie also eine Leiterplatte entwerfen, sollten Sie versuchen, die R\u00fcckleitungsschleifen f\u00fcr Strom und Signale so klein wie m\u00f6glich zu halten.<\/p>\n\n\n\n

Zweitens tr\u00e4gt bei einem Hochgeschwindigkeitssignal ein guter R\u00fcckweg dazu bei, die Signalqualit\u00e4t aufrechtzuerhalten. Dies liegt daran, dass die charakteristische Impedanz einer \u00dcbertragungsleitung auf der Leiterplatte in der Regel in Bezug auf eine Massefl\u00e4che (oder eine Stromversorgungsfl\u00e4che) berechnet wird. Befindet sich eine durchgehende Massefl\u00e4che in der N\u00e4he der Hochgeschwindigkeitsleitung, bleibt die Impedanz der Leitung konstant. Hat ein Abschnitt der Leitung keine Massebezugspunkt in der N\u00e4he, \u00e4ndert sich die Impedanz. Diese Impedanzdiskontinuit\u00e4t beeintr\u00e4chtigt die Signalintegrit\u00e4t. Verlegen Sie daher beim Routing Hochgeschwindigkeitsleitungen auf Lagen in der N\u00e4he einer Massefl\u00e4che. Oder verlegen Sie eine oder zwei Masseleitungen parallel neben der Hochgeschwindigkeitsleitung. Diese Masseleitungen wirken wie eine Abschirmung und bieten einen nahegelegenen R\u00fcckweg.<\/p>\n\n\n\n

Drittens sollten Sie es nach M\u00f6glichkeit vermeiden, Signale \u00fcber getrennte Stromversorgungs- oder Massefl\u00e4chen zu f\u00fchren. Der Grund daf\u00fcr ist, dass der R\u00fcckweg eines Signals lang wird und es St\u00f6rungen aufnehmen kann, wenn es verschiedene Stromversorgungs- oder Massefl\u00e4chen kreuzt. Allerdings ist das \u00dcberqueren solcher Trennungen f\u00fcr Signale mit niedriger Geschwindigkeit nicht grunds\u00e4tzlich verboten, da die dadurch verursachten St\u00f6rungen gering sein k\u00f6nnen. F\u00fcr Hochgeschwindigkeits-<\/a> Dies ist ein Hinweis darauf, dass Sie vorsichtig sein und das \u00dcberqueren von Spalten nach M\u00f6glichkeit vermeiden sollten. Sie k\u00f6nnen auch versuchen, die Verlegung der Stromversorgungsbahnen anzupassen, um das Problem zu beheben.<\/p>\n\n\n\n

Viele Probleme mit elektromagnetischen St\u00f6rungen sind auf die Erdungsauslegung zur\u00fcckzuf\u00fchren. Das Erdpotenzial dient als Bezugspunkt f\u00fcr den gesamten Schaltkreis. Ist die Erdung nicht stabil, kann es zu Ausf\u00e4llen im Schaltkreis kommen. Das Ziel der Erdungsauslegung besteht darin, das Erdpotenzial so stabil wie m\u00f6glich zu halten und so St\u00f6rungen zu beseitigen.<\/p>\n\n\n\n

Es gibt im Allgemeinen vier Arten der Signalerdung: potentialfreie Erdung, Einpunkt-Erdung, Mehrpunkt-Erdung und gemischte Erdung.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

2 \u2014 Arten der Erdung<\/h1>\n\n\n\n

A. Potenzierte Masse<\/h2>\n\n\n\n

Zweck:<\/strong> Halten Sie den Stromkreis oder das Ger\u00e4t von gemeinsamen Leitern fern, die Erdschleifen verursachen k\u00f6nnen. Eine potentialfreie Masse erleichtert zudem die Kopplung von Stromkreisen mit unterschiedlichen Potentialen.<\/p>\n\n\n\n

Nachteil:<\/strong> Es kann leicht statische Aufladung anziehen und zu starken elektrostatischen Entladungen (ESD) f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

Kompromiss:<\/strong> F\u00fcgen Sie Entladungswiderst\u00e4nde hinzu, um die Ladung abzuleiten.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

B. Einpunkt-Erdung<\/h2>\n\n\n\n

Unter Einpunkt-Erdung versteht man, dass die Erdung jedes Schaltkreises an derselben Stelle mit der gemeinsamen Masse verbunden ist. Dabei unterscheidet man zwischen serieller und paralleler Einpunkt-Erdung. Verwenden Sie keine Einpunkt-Erdung in Systemen, in denen sich Schaltungen mit hoher und niedriger Leistung vermischen. Die Erdstr\u00f6me aus dem Hochleistungsbereich wirken sich auf die Niedrigleistungsbereiche aus. Au\u00dferdem sollte die empfindlichste Schaltung am gemeinsamen Punkt platziert werden, da dieser Punkt das stabilste Potential aufweist.<\/p>\n\n\n\n

Der gr\u00f6\u00dfte Vorteil einer Einpunkt-Erdung besteht darin, dass keine Erdschleifen entstehen, sodass der Aufbau relativ einfach ist. Allerdings k\u00f6nnen die Erdungsleitungen lang sein und die Erdungsimpedanz hoch ausfallen.<\/p>\n\n\n\n

Die Einpunkt-Erdung kann auf zwei Arten erfolgen:<\/p>\n\n\n\n

\"single-point<\/figure>\n\n\n\n
    \n
  1. Serie mit Einpunkt-Erdung<\/strong> \u2014 Das ist ganz einfach. Da jedoch ein gemeinsamer Erdungsleiter vorhanden ist, entsteht eine gemeinsame Erdungsimpedanz. Wenn die in Reihe geschalteten Stromkreise sehr unterschiedliche Leistungspegel aufweisen, st\u00f6ren sie sich gegenseitig stark.<\/li>\n\n\n\n
  2. Parallele Einpunkt-Erdung<\/strong> \u2014 Jeder Stromkreis f\u00fchrt separat ein Erdungskabel zum gemeinsamen Erdungspunkt zur\u00fcck. Dadurch werden Kopplungen \u00fcber die gemeinsame Erdung vermieden. Allerdings sind daf\u00fcr viele Erdungskabel erforderlich, was in vielen F\u00e4llen unpraktisch ist.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    In der Praxis kannst du einen gemischten Einpunktansatz verwenden, bei dem sowohl Reihen- als auch Parallelschaltungen zum Einsatz kommen. Platziere Schaltkreise, die sich nicht gegenseitig st\u00f6ren, auf derselben Ebene. Platziere Schaltkreise, die sich leicht gegenseitig st\u00f6ren, auf verschiedenen Ebenen. Verbinde dann die Masseebenen am gemeinsamen Punkt parallel. (Der Originaltext bezog sich hier auf eine Abbildung.)<\/p>\n\n\n\n

    \"Mixed<\/figure>\n\n\n\n

    Verwendung:<\/strong> Eine Einpunkt-Erdung eignet sich f\u00fcr niedrige Betriebsfrequenzen (< 1 MHz).<\/p>\n\n\n\n

    Nachteil:<\/strong> Nicht geeignet f\u00fcr Situationen mit hoher Frequenz.<\/p>\n\n\n\n

    Eine Einpunkt-Erdung ist f\u00fcr Hochfrequenzschaltungen nicht geeignet, da die Erdungsleitungen lang sind und sich die Impedanz dieser Leitungen nicht vermeiden l\u00e4sst. Bei hohen Frequenzen sollte eine Mehrpunkt-Erdung in Betracht gezogen werden.<\/p>\n\n\n\n

    \n\n\n\n

    C. Mehrpunkt-Erdung<\/h2>\n\n\n\n

    Verwenden Sie bei hohen Betriebsfrequenzen (> 30 MHz) eine Mehrpunkt-Erdung. Bei einem Mehrpunkt-Schema ersetzen Sie einzelne Erdungsr\u00fcckf\u00fchrungsschleifen durch eine Erdungsfl\u00e4che, die jeder Teil der Schaltung nutzen kann. Die induktive Reaktanz einer Erdungsleitung nimmt mit der Frequenz und der Leitungsl\u00e4nge zu. Bei hohen Frequenzen steigt die gemeinsame Erdungsimpedanz. Daher m\u00fcssen Sie die L\u00e4nge der Erdungsleitung so kurz wie m\u00f6glich halten.<\/p>\n\n\n\n

    Wenn Sie eine Mehrpunkt-Erdung verwenden, versuchen Sie, die n\u00e4chstgelegene Erdungsfl\u00e4che mit niedriger Impedanz zu finden, an die Sie die Verbindung herstellen k\u00f6nnen. Hochfrequente digitale Schaltungen ben\u00f6tigen eine parallele Erdung. Eine einfache M\u00f6glichkeit hierf\u00fcr ist die Verwendung von Erdungs-Vias. Wenn Schaltungen mit hoher Frequenz arbeiten, stellen Sie sich vor, wie sich ein Hochfrequenzsignal entlang einer Erdungsleitung ausbreitet und benachbarte Schaltungen beeinflusst. Dies kann sehr nachteilig sein. Daher m\u00fcssen alle Schaltungen in der N\u00e4he zur Erde zur\u00fcckgef\u00fchrt werden. Erdungsleitungen m\u00fcssen kurz sein. Aus diesem Grund gibt es die Mehrpunkt-Erdung.<\/p>\n\n\n\n

    Das Ziel einer Mehrpunkt-Masse ist es, die Masseimpedanz zu senken. Um die Impedanz in einem Hochfrequenzkreis zu senken, sind zwei Aspekte zu ber\u00fccksichtigen: die Verringerung des Massewiderstands und die Verringerung der Masseinduktivit\u00e4t.<\/p>\n\n\n\n

    \"Multipoint<\/figure>\n\n\n\n

    Methoden:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      \n
    1. Geringerer Leiterwiderstand.<\/strong> Aus dem Zusammenhang zwischen Widerstand und Querschnittsfl\u00e4che wissen wir, dass eine Vergr\u00f6\u00dferung der Leiterfl\u00e4che den Gleichstromwiderstand senkt. Bei hohen Frequenzen f\u00fchrt der Skineffekt jedoch dazu, dass der Strom nahe der Oberfl\u00e4che der Leiter flie\u00dft, sodass eine blo\u00dfe Vergr\u00f6\u00dferung des Querschnitts nur eine begrenzte Wirkung hat. Man k\u00f6nnte in Erw\u00e4gung ziehen, den Leiter mit Silber zu beschichten, da Silber eine bessere Leitf\u00e4higkeit als viele andere Metalle aufweist und den Leiterwiderstand verringern kann.<\/li>\n\n\n\n
    2. Geringere Induktivit\u00e4t.<\/strong> Am besten ist es, die Massefl\u00e4che zu vergr\u00f6\u00dfern. In der Praxis sorgen kurze Masseleitungen und eine gro\u00dfe Massefl\u00e4che f\u00fcr eine bessere St\u00f6rfestigkeit.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

      An dieser Stelle fragen sich manche vielleicht, was unter einer Hochfrequenzschaltung zu verstehen ist. Laut dem Buch von Professor Yang Jishen Technologie der elektromagnetischen Vertr\u00e4glichkeit (EMV)<\/em>,<\/a> In der Regel gelten Schaltungen unterhalb von 1 MHz als Niederfrequenzschaltungen und k\u00f6nnen einpunktig geerdet werden. Schaltungen oberhalb von 10 MHz sind Hochfrequenzschaltungen und sollten mehrpunktig geerdet werden. Wenn die l\u00e4ngste Erdungsleitung weniger als 1\/20 der Wellenl\u00e4nge bei 1 MHz oder 10 MHz betr\u00e4gt, kann eine einpunktige Erdung dennoch funktionieren. Andernfalls sollte eine Mehrpunkt-Erdung verwendet werden.<\/p>\n\n\n\n

      \n\n\n\n

      D. Gemischter Boden<\/h2>\n\n\n\n

      Wenn die Schaltung sowohl hoch- als auch niederfrequente Signale enth\u00e4lt, ist eine gemischte Erdung eine gute Wahl. (Der Originaltext verwies an dieser Stelle auf eine andere Abbildung.)<\/p>\n\n\n\n

      Betrachten Sie die Abbildung und die beiden dargestellten Strukturen. Nehmen Sie f\u00fcr die erste Struktur an, dass sie \u00fcberwiegend in einem Niederfrequenzbereich arbeitet. Aus der Formel f\u00fcr die kapazitive Reaktanz Zc=12\u03c0fCZ_c = \\frac{1}{2\\pi f C}Zc\u200b=2\u03c0fC1\u200b wissen wir, dass die kapazitive Reaktanz bei niedrigen Frequenzen gro\u00df ist, w\u00e4hrend sie bei hohen Frequenzen klein ist. In dieser Schaltung ist die Erdungsverbindung also bei niedrigen Frequenzen offen und bei hohen Frequenzen nahezu geschlossen. Diese Schaltung kann Erdschleifenst\u00f6rungen vermeiden.<\/p>\n\n\n\n

      \"Hybrid<\/figure>\n\n\n\n

      Nehmen wir f\u00fcr die zweite Schaltung an, dass sie \u00fcberwiegend in einem Hochfrequenzbereich arbeitet. Aus der Formel f\u00fcr die induktive Reaktanz Z_L = 2\u03c0fL wissen wir, dass die induktive Reaktanz bei niedrigen Frequenzen klein und bei hohen Frequenzen gro\u00df ist. In dieser Schaltung verh\u00e4lt sich die Erdungsverbindung also bei niedrigen Frequenzen wie ein Leiter und ist bei hohen Frequenzen offen. Diese Schaltung kann Erdschleifenstr\u00f6me vermeiden.<\/p>\n\n\n\n

      \n\n\n\n

      3 \u2014 M\u00f6glichkeiten, verschiedene Erdungen miteinander zu verbinden<\/h1>\n\n\n\n

      Wenn Sie nicht die gesamte Ebene als gemeinsame Massefl\u00e4che nutzen und ein Modul \u00fcber zwei Masseleitungen verf\u00fcgt, m\u00fcssen Sie die Massefl\u00e4che aufteilen. Dies hat oft Auswirkungen auf die Stromversorgungsebene. Die M\u00f6glichkeiten zur Verbindung der Massefl\u00e4chen sind:<\/p>\n\n\n\n

        \n
      1. Normale Spannung zwischen den Erdungsanschl\u00fcssen.<\/strong> Dadurch wird eine zuverl\u00e4ssige niederohmige Verbindung f\u00fcr Signale im mittleren und tiefen Frequenzbereich gew\u00e4hrleistet.<\/li>\n\n\n\n
      2. Hoher Widerstand zwischen den Erdungsanschl\u00fcssen.<\/strong> Ein gro\u00dfer Widerstand l\u00e4sst einen winzigen Leckstrom zu, wenn an ihm eine Spannung anliegt. Dadurch wird die Ladung langsam abgebaut, bis die Potentialdifferenz null wird. Nutzen Sie dies, um potentialfreie Massepunkte behutsam zu erden.<\/li>\n\n\n\n
      3. Kondensator zwischen den Erdungsanschl\u00fcssen.<\/strong> Ein Kondensator sperrt Gleichstrom, l\u00e4sst aber Wechselstrom durch. Verwenden Sie ihn in potentialfreien Systemen, um hochfrequente St\u00f6rsignale durchzulassen und gleichzeitig Gleichstrom zu blockieren.<\/li>\n\n\n\n
      4. Ferritperle (Magnetperle) zwischen den Masseanschl\u00fcssen.<\/strong> Ein Ferritperlenfilter verh\u00e4lt sich wie ein frequenzabh\u00e4ngiger Widerstand. Bei hohen Frequenzen wirkt er wie ein Widerstand. Verwenden Sie ihn f\u00fcr Schwachstrommasseleitungen mit kleinen, schnellen Stromspitzen.<\/li>\n\n\n\n
      5. Induktivit\u00e4t zwischen den Erdungsanschl\u00fcssen.<\/strong> Eine Drossel wirkt schnellen Schwankungen entgegen. Sie kann Spitzen abflachen und Tiefpunkte ausgleichen. Setzen Sie sie zwischen Massepunkten ein, an denen gro\u00dfe Stromschwankungen auftreten.<\/li>\n\n\n\n
      6. Ein kleiner Widerstand zwischen den Erdungsanschl\u00fcssen.<\/strong> Ein kleiner Widerstand sorgt f\u00fcr eine D\u00e4mpfung, um schnelle \u00c4nderungen des Erdstroms abzuschw\u00e4chen. Wenn sich der Strom schnell \u00e4ndert, sorgt dieser Widerstand daf\u00fcr, dass die Anstiegsflanke weniger steil ausf\u00e4llt.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

        All diese Optionen bieten M\u00f6glichkeiten, die Ger\u00e4usch\u00fcbertragung zwischen den Etagen zu steuern.<\/p>\n\n\n\n

        \n\n\n\n

        4 \u2014 Analoge Masse und digitale Masse<\/h1>\n\n\n\n

        Sowohl analoge als auch digitale Signale ben\u00f6tigen einen Masseanschluss. Digitale Signale \u00e4ndern sich schnell. Sie verursachen starke St\u00f6rungen auf der digitalen Masse. Analoge Signale ben\u00f6tigen eine saubere Massebezugspunkt, um einwandfrei zu funktionieren. Wenn sich analoge und digitale Massen vermischen, beeintr\u00e4chtigt das Rauschen der digitalen Masse die analogen Signale.<\/p>\n\n\n\n

        Generell sollten analoge und digitale Masseleitungen voneinander getrennt werden. Verbinden Sie sie anschlie\u00dfend \u00fcber eine d\u00fcnne Leiterbahn oder an einem einzigen Punkt. Der Hauptzweck besteht darin, zu verhindern, dass St\u00f6rsignale aus dem digitalen Bereich in den analogen Bereich gelangen.<\/p>\n\n\n\n

        \n\n\n\n

        5 \u2014 Sternboden<\/h1>\n\n\n\n

        Die Theorie hinter der Stern-Erdung besagt, dass es einen Punkt im Stromkreis gibt, der als Bezugspunkt f\u00fcr alle Spannungen dient. Dies ist der Sternpunkt. Man kann sich das so vorstellen: Viele Leitungen verlaufen von einem gemeinsamen Punkt aus strahlenf\u00f6rmig wie die Zacken eines Sterns. Der Sternpunkt sieht auf der Platine m\u00f6glicherweise nicht wie ein Stern aus. Es kann sich um einen Punkt auf der Masseebene handeln. Ein wesentliches Merkmal eines Sternpunkt-Erdungssystems ist, dass alle Spannungen relativ zu demselben Punkt im Erdungsnetz gemessen werden und nicht zu einer unbestimmten \u201cErdungs\u201d-Referenz.<\/p>\n\n\n\n

        \n\n\n\n

        6 \u2013 So erdet man Abschirmungen<\/h1>\n\n\n\n

        Die Abschirmung eines abgeschirmten Kabels und der Kabel-Ableitleiter sollten an die Schnittstellenmasse der Leiterplatte angeschlossen werden, nicht an die Signalmasse. Der Grund daf\u00fcr ist, dass die Signalmasse h\u00e4ufig zahlreiche St\u00f6rspannungen f\u00fchrt. Wenn die Abschirmung an die st\u00f6rbehaftete Signalmasse angeschlossen wird, erzeugt die St\u00f6rspannung einen Gleichtaktstrom auf der Abschirmung und verursacht externe St\u00f6rungen. Ein schlechtes Kabel-Design und eine schlechte Abschirmungserdung sind oft die Hauptursache f\u00fcr EMI.<\/p>\n\n\n\n

        \n\n\n\n

        Zusammenfassung<\/h1>\n\n\n\n

        W\u00e4hlen Sie in der Praxis die Erdungsmethode, die zur Betriebsumgebung passt. Eine gute Wahl kann St\u00f6rungen vermeiden und f\u00fcr eine optimale Schaltungsleistung sorgen.<\/p>\n\n\n\n

          \n
        • Halten Sie die R\u00fcckf\u00fchrschleifen kurz, um die Strahlung zu verringern.<\/li>\n\n\n\n
        • Verlegen Sie Hochgeschwindigkeits-Leiterbahnen neben durchgehenden Massefl\u00e4chen, um eine stabile Impedanz zu gew\u00e4hrleisten.<\/li>\n\n\n\n
        • Vermeiden Sie nach M\u00f6glichkeit, die Trennlinien der Stromversorgungsebenen zu \u00fcberqueren.<\/li>\n\n\n\n
        • Bei Niederfrequenzsystemen (< 1 MHz) reicht oft eine Einpunkt-Erdung aus.<\/li>\n\n\n\n
        • Bei Hochfrequenzsystemen (> 10 MHz) sollten Sie eine Mehrpunkt-Erdung und kurze Erdungspfade mit gro\u00dfer R\u00fcckleitungsfl\u00e4che verwenden.<\/li>\n\n\n\n
        • Bei gemischten Systemen sollte ein hybrider Ansatz mit Kondensatoren, Induktivit\u00e4ten, Widerst\u00e4nden, Ferritperlen oder kleinen Leiterbahnen zur Steuerung der Kopplung verwendet werden.<\/li>\n\n\n\n
        • Trennen Sie die analogen und digitalen Masseleitungen voneinander und verbinden Sie sie sorgf\u00e4ltig.<\/li>\n\n\n\n
        • Verbinden Sie die Abschirmungen der Kabel mit der Stecker- oder Geh\u00e4usemasse, nicht mit der gest\u00f6rten Signalmasse.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

          Diese Ma\u00dfnahmen tragen dazu bei, die Erdungsimpedanz zu senken und Erdungsrauschen zu reduzieren, wodurch das System stabiler und zuverl\u00e4ssiger wird.<\/p>\n\n\n\n

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