{"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_at\/pcb-grounding-best-practices-for-low-noise\/","title":{"rendered":"PCB-Erdung Best Practices f\u00fcr geringes Rauschen"},"content":{"rendered":"

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

Wie jeder wei\u00df, ist die Erde der R\u00fcckweg f\u00fcr den Strom. F\u00fcr jedes Signal muss das Signal einen Weg zur\u00fcck zur Erde finden, der die niedrigste Impedanz hat. Es ist also sehr wichtig, wie wir mit diesem R\u00fcckweg umgehen.<\/p>\n\n\n\n

1 - Warum Gr\u00f6\u00dfe und Form des R\u00fcckkanals wichtig sind<\/h2>\n\n\n\n

Erstens wissen wir aus der Formel f\u00fcr Strahlung, dass die Strahlungsst\u00e4rke proportional zur Schleifenfl\u00e4che ist. Das hei\u00dft, je l\u00e4nger der R\u00fcckweg und je gr\u00f6\u00dfer die Schleife ist, desto st\u00e4rker strahlt sie ab und st\u00f6rt andere Schaltungen. Wenn Sie also eine Leiterplatte entwerfen, sollten Sie versuchen, die Leistungs- und Signalr\u00fcckschleifen so klein wie m\u00f6glich zu halten.<\/p>\n\n\n\n

Zweitens tr\u00e4gt bei einem Hochgeschwindigkeitssignal ein guter R\u00fcckweg zur Erhaltung der Signalqualit\u00e4t bei. Der Grund daf\u00fcr ist, dass der Wellenwiderstand einer \u00dcbertragungsleitung auf der Leiterplatte in der Regel in Bezug auf eine Massefl\u00e4che (oder eine Stromversorgungsebene) berechnet wird. Befindet sich in der N\u00e4he der Hochgeschwindigkeitsleitung eine durchgehende Massefl\u00e4che, bleibt die Impedanz der Leitung konstant. Wenn ein Abschnitt der Leiterbahn keinen Massebezug in der N\u00e4he hat, \u00e4ndert sich die Impedanz. Diese Impedanzdiskontinuit\u00e4t beeintr\u00e4chtigt die Signalintegrit\u00e4t. Verlegen Sie daher Hochgeschwindigkeitsbahnen auf Lagen, die sich in der N\u00e4he einer Masseebene befinden, wenn Sie routen. Oder verlegen Sie eine oder zwei Erdungsbahnen parallel zu der Hochgeschwindigkeitsbahn. Diese Massebahnen wirken wie eine Abschirmung und bieten einen nahen R\u00fcckweg.<\/p>\n\n\n\n

Drittens sollten Sie nach M\u00f6glichkeit vermeiden, Signale \u00fcber geteilte Stromversorgungsebenen zu leiten. Denn wenn ein Signal verschiedene Stromversorgungs- oder Erdungssplits kreuzt, wird sein R\u00fcckweg lang und kann St\u00f6rungen aufnehmen. Bei Signalen mit geringer Geschwindigkeit ist das Kreuzen von Splits jedoch nicht streng verboten, da die dadurch verursachten St\u00f6rungen gering sein k\u00f6nnen. F\u00fcr Hochgeschwindigkeit<\/a> Signale m\u00fcssen Sie vorsichtig sein und Kreuzungen vermeiden, wenn Sie k\u00f6nnen. Sie k\u00f6nnen auch versuchen, die Streckenf\u00fchrung der Leistungsebenen zu \u00e4ndern, um zu helfen.<\/p>\n\n\n\n

Viele Probleme mit elektromagnetischen St\u00f6rungen sind auf die Erdung zur\u00fcckzuf\u00fchren. Das Erdungspotential ist die Referenz f\u00fcr den gesamten Stromkreis. Wenn die Masse nicht stabil ist, kann die Schaltung versagen. Das Ziel des Erdungsdesigns ist es, das Erdungspotential so stabil wie m\u00f6glich zu halten und so St\u00f6rungen zu vermeiden.<\/p>\n\n\n\n

Bei den Erdungsmethoden f\u00fcr Signale unterscheidet man in der Regel vier Arten: erdfrei, Ein-Punkt-Erde, Mehr-Punkt-Erde und gemischte Erde.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

2 - Erdungsarten<\/h1>\n\n\n\n

A. Schwebender Boden<\/h2>\n\n\n\n

Zweck:<\/strong> Halten Sie den Stromkreis oder das Ger\u00e4t isoliert von gemeinsamen Leitern, die Erdschleifen verursachen k\u00f6nnen. Eine potenzialfreie Erdung erleichtert auch die Kopplung von Stromkreisen mit unterschiedlichen Potenzialen.<\/p>\n\n\n\n

Nachteil:<\/strong> Es kann sich leicht statisch aufladen und starke elektrostatische Entladungen (ESD) verursachen.<\/p>\n\n\n\n

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

\n\n\n\n

B. Ein-Punkt-Erde<\/h2>\n\n\n\n

Ein-Punkt-Erdung bedeutet, dass die Erdung jedes Stromkreises mit der gemeinsamen Erdung am gleichen Punkt verbunden ist. Dies kann in eine Reihenerdung und eine parallele Erdung unterteilt werden. Verwenden Sie keine Ein-Punkt-Erdung in Systemen, in denen Stromkreise mit hoher Leistung und Stromkreise mit geringer Leistung gemischt sind. Die Erdungsstr\u00f6me des Hochleistungsteils wirken sich auf die Teile mit geringer Leistung aus. Au\u00dferdem sollte der empfindlichste Schaltkreis am gemeinsamen Punkt platziert werden, da dieser Punkt das stabilste Potenzial aufweist.<\/p>\n\n\n\n

Der gr\u00f6\u00dfte Vorteil der Ein-Punkt-Erdung ist, dass es keine Erdschleifen gibt, so dass die Konstruktion relativ einfach ist. Allerdings k\u00f6nnen die Erdungsleitungen lang sein und die Erdungsimpedanz kann hoch sein.<\/p>\n\n\n\n

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

\"single-point<\/figure>\n\n\n\n
    \n
  1. Serie Ein-Punkt-Erde<\/strong> - Das ist ganz einfach. Da aber ein gemeinsamer Erdungsleiter vorhanden ist, besteht eine gemeinsame Erdungsimpedanz. Wenn die in Reihe geschalteten Stromkreise sehr unterschiedliche Leistungspegel haben, werden sie sich gegenseitig stark st\u00f6ren.<\/li>\n\n\n\n
  2. Parallele Ein-Punkt-Erde<\/strong> - Jeder Stromkreis f\u00fchrt ein eigenes Erdungskabel zur\u00fcck zum gemeinsamen Punkt. Dadurch wird eine Kopplung auf der gemeinsamen Masse vermieden. Allerdings sind daf\u00fcr viele Erdungsleitungen erforderlich, was in vielen F\u00e4llen nicht praktikabel ist.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    In realen Entw\u00fcrfen k\u00f6nnen Sie einen gemischten Ein-Punkt-Ansatz verwenden, der sowohl seriell als auch parallel arbeitet. Legen Sie Schaltungen, die sich nicht gegenseitig st\u00f6ren, auf dieselbe Ebene. Legen Sie Schaltungen, die sich leicht st\u00f6ren, auf verschiedene Ebenen. Verbinden Sie dann die Masseschichten parallel am gemeinsamen Punkt. (Im Originaltext wurde hier auf eine Abbildung verwiesen.)<\/p>\n\n\n\n

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

    Verwendung:<\/strong> Die Ein-Punkt-Erdung ist f\u00fcr niedrige Betriebsfrequenzen (< 1 MHz) geeignet.<\/p>\n\n\n\n

    Nachteil:<\/strong> Nicht geeignet f\u00fcr Hochfrequenzsituationen.<\/p>\n\n\n\n

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

    \n\n\n\n

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

    Verwenden Sie bei hohen Betriebsfrequenzen (> 30 MHz) eine Mehrpunkt-Erdung. Bei einem Mehrpunktschema ersetzen Sie einzelne Erdungsr\u00fcckleitungen durch eine Erdungsebene, die jeder Teil der Schaltung nutzen kann. Der induktive Blindwiderstand einer Erdungsleitung nimmt mit der Frequenz und der Leitungsl\u00e4nge zu. Bei hohen Frequenzen nimmt die gemeinsame Masseimpedanz zu. Daher m\u00fcssen Sie die L\u00e4nge der Masseleitung 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 sich anschlie\u00dfen k\u00f6nnen. Hochfrequenz-Digitalschaltungen m\u00fcssen parallel geerdet werden. Eine einfache M\u00f6glichkeit hierf\u00fcr ist die Verwendung von Erdungsl\u00f6chern. Wenn Schaltungen mit hoher Frequenz laufen, stellen Sie sich vor, dass sich ein Hochfrequenzsignal entlang einer Massebahn bewegt und benachbarte Schaltungen beeintr\u00e4chtigt. Das kann sehr sch\u00e4dlich sein. Deshalb m\u00fcssen alle Schaltungen in der N\u00e4he auf Masse zur\u00fcckgef\u00fchrt werden. Die Massebahnen m\u00fcssen kurz sein. Aus diesem Grund gibt es die Mehrpunkt-Erdung.<\/p>\n\n\n\n

    Das Ziel der Mehrpunkt-Erdung ist es, die Erdungsimpedanz zu senken. Um die Impedanz in einem Hochfrequenzkreis zu senken, m\u00fcssen zwei Dinge beachtet werden: der Erdungswiderstand und die Erdungsinduktivit\u00e4t m\u00fcssen gesenkt werden.<\/p>\n\n\n\n

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

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

      \n
    1. Geringerer Leitungswiderstand.<\/strong> Aus der Beziehung 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 in der N\u00e4he der Oberfl\u00e4che des Leiters flie\u00dft, so dass eine einfache Vergr\u00f6\u00dferung des Querschnitts nur eine begrenzte Wirkung hat. Sie k\u00f6nnen in Betracht ziehen, den Leiter mit Silber zu beschichten, da Silber eine bessere Leitf\u00e4higkeit als viele andere Metalle hat und den Leiterwiderstand verringern kann.<\/li>\n\n\n\n
    2. Geringere Induktivit\u00e4t.<\/strong> Der beste Weg ist, die Massefl\u00e4che zu vergr\u00f6\u00dfern. In der Praxis f\u00fchren kurze Masseleitungen und eine gro\u00dfe Massefl\u00e4che zu einer besseren Entst\u00f6rleistung.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

      An dieser Stelle mag sich mancher fragen, was als Hochfrequenzschaltung gilt. Laut dem Buch von Professor Yang Jishen Technologie zur elektromagnetischen Vertr\u00e4glichkeit (EMC)<\/em>,<\/a> In der Regel sind Schaltungen unter 1 MHz niederfrequent und k\u00f6nnen mit einem Punkt geerdet werden. Bei Schaltungen \u00fcber 10 MHz handelt es sich um Hochfrequenzschaltungen, f\u00fcr die eine Mehrpunkterdung verwendet werden sollte. Wenn die l\u00e4ngste Erdungsleitung weniger als 1\/20 der Wellenl\u00e4nge bei 1 MHz oder 10 MHz betr\u00e4gt, kann eine Ein-Punkt-Erdung noch funktionieren. Andernfalls ist eine Mehrpunkt-Erdung zu verwenden.<\/p>\n\n\n\n

      \n\n\n\n

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

      Wenn der Schaltkreis sowohl Hoch- als auch Niederfrequenzsignale enth\u00e4lt, ist eine gemischte Erdung eine gute Wahl. (Im Originaltext wurde hier auf eine andere Abbildung verwiesen.)<\/p>\n\n\n\n

      Betrachten Sie die Abbildung und die beiden dargestellten Strukturen. F\u00fcr die erste Struktur nehmen wir an, dass sie haupts\u00e4chlich in einer niederfrequenten Umgebung arbeitet. Aus der Formel f\u00fcr den kapazitiven Blindwiderstand Zc=12\u03c0fCZ_c = \\frac{1}{2\\pi f C}Zc=2\u03c0fC1 wissen wir, dass der kapazitive Blindwiderstand bei niedriger Frequenz gro\u00df ist, w\u00e4hrend er bei hoher Frequenz klein ist. Bei dieser Verdrahtung ist die Masseverbindung also bei niedrigen Frequenzen offen und bei hohen Frequenzen fast geschlossen. Mit dieser Verdrahtung k\u00f6nnen St\u00f6rungen durch Erdschleifen vermieden werden.<\/p>\n\n\n\n

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

      Bei der zweiten Struktur wird angenommen, dass sie haupts\u00e4chlich in einer Hochfrequenzumgebung arbeitet. Aus der Formel f\u00fcr den induktiven Blindwiderstand ZL=2\u03c0fLZ_L = 2\\pi f LZL=2\u03c0fL wissen wir, dass der induktive Blindwiderstand bei niedrigen Frequenzen klein und bei hohen Frequenzen gro\u00df ist. Bei dieser Verdrahtung verh\u00e4lt sich die Erdungsverbindung also bei niedrigen Frequenzen wie ein Leiter und ist bei hohen Frequenzen offen. Durch diese Verdrahtung k\u00f6nnen Erdschleifenstr\u00f6me vermieden werden.<\/p>\n\n\n\n

      \n\n\n\n

      3 - M\u00f6glichkeiten der Verbindung verschiedener B\u00f6den<\/h1>\n\n\n\n

      Wenn Sie sich nicht f\u00fcr eine ganze Ebene als gemeinsame Masse entscheiden und ein Modul zwei Masseverbindungen hat, m\u00fcssen Sie die Massefl\u00e4che aufteilen. Dies steht oft in Wechselwirkung mit der Stromversorgungsebene. Es gibt verschiedene M\u00f6glichkeiten, die Masse zu verbinden:<\/p>\n\n\n\n

        \n
      1. Gew\u00f6hnliche Spur zwischen den B\u00f6den.<\/strong> Dies erm\u00f6glicht eine zuverl\u00e4ssige, niederohmige Verbindung f\u00fcr mittlere und tiefe Frequenzen.<\/li>\n\n\n\n
      2. Hochohmiger Widerstand zwischen den Massen.<\/strong> Ein gro\u00dfer Widerstand l\u00e4sst einen winzigen Leckstrom zu, wenn an ihm eine Spannung anliegt. Dadurch wird die Ladung langsam abgeleitet, bis die Potenzialdifferenz Null wird. Verwenden Sie dies, um schwebende Masse sanft zu binden.<\/li>\n\n\n\n
      3. Kondensator zwischen den Massen.<\/strong> Ein Kondensator blockiert Gleichstrom, l\u00e4sst aber Wechselstrom durch. Er wird in erdfreien Systemen verwendet, um hochfrequentes Rauschen durchzulassen und gleichzeitig Gleichstrom zu blockieren.<\/li>\n\n\n\n
      4. Ferritperle (Magnetperle) zwischen den Erdungen.<\/strong> Eine Ferritperle wirkt wie ein frequenzabh\u00e4ngiger Widerstand. Bei hohen Frequenzen wirkt sie widerstandsf\u00e4hig. Verwenden Sie sie f\u00fcr schwache Signalmassen mit kleinen schnellen Stromspitzen.<\/li>\n\n\n\n
      5. Induktivit\u00e4t zwischen den Massen.<\/strong> Ein Induktor widersteht schnellen Ver\u00e4nderungen. Sie kann Spitzen gl\u00e4tten und T\u00e4ler auff\u00fcllen. Verwenden Sie sie zwischen Erdungen, die gro\u00dfe Stromschwankungen aufweisen.<\/li>\n\n\n\n
      6. Kleiner Widerstand zwischen den Massen.<\/strong> Ein kleiner Widerstand sorgt f\u00fcr eine D\u00e4mpfung, um schnelle \u00c4nderungen des Erdstroms zu verlangsamen. Wenn sich der Strom schnell \u00e4ndert, macht dieser Widerstand die Anstiegsflanke weniger steil.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

        Mit all diesen M\u00f6glichkeiten l\u00e4sst sich steuern, wie der L\u00e4rm zwischen den B\u00f6den \u00fcbertragen wird.<\/p>\n\n\n\n

        \n\n\n\n

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

        Analoge und digitale Signale ben\u00f6tigen beide eine R\u00fcckleitung zur Erde. Digitale Signale \u00e4ndern sich schnell. Sie verursachen eine Menge Rauschen auf der digitalen Masse. Analoge Signale ben\u00f6tigen einen sauberen Massebezug, um gut zu funktionieren. Wenn sich analoge und digitale Masse mischen, wird das Rauschen der digitalen Masse die analogen Signale beeinflussen.<\/p>\n\n\n\n

        Trennen Sie in der Regel analoge und digitale Masse. Verbinden Sie sie dann mit einer d\u00fcnnen Leiterbahn oder an einem einzigen Punkt. Damit soll verhindert werden, dass digitales Grundrauschen in die analoge Masse gelangt.<\/p>\n\n\n\n

        \n\n\n\n

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

        Die Theorie hinter der Sternerdung besagt, dass es einen Punkt im Stromkreis gibt, der als Referenz f\u00fcr alle Spannungen dient. Dies ist der Sternpunkt. Sie k\u00f6nnen sich das so vorstellen: Viele Dr\u00e4hte verlaufen von einem gemeinsamen Punkt aus in einem radialen Muster wie die Strahlen eines Sterns. Der Sternpunkt muss nicht unbedingt wie ein Stern auf der Platine aussehen. Er kann auch ein Punkt auf der Grundplatte sein. Ein wesentliches Merkmal eines sternf\u00f6rmigen Erdungssystems ist, dass alle Spannungen relativ zu demselben Punkt des Erdungsnetzes und nicht zu einer unsicheren \u201cErdungs\u201d-Referenz gemessen werden.<\/p>\n\n\n\n

        \n\n\n\n

        6 - Erden von Abschirmungen<\/h1>\n\n\n\n

        Die Abschirmung eines abgeschirmten Kabels und der Kabelabflussdraht sollten mit der Masse der Leiterplattenschnittstelle und nicht mit der Signalmasse verbunden werden. Der Grund daf\u00fcr ist, dass die Signalmasse oft viele St\u00f6rspannungen f\u00fchrt. Wenn die Abschirmung mit der verrauschten Signalmasse verbunden ist, treibt die Rauschspannung einen Gleichtaktstrom auf die Abschirmung und verursacht externe St\u00f6rungen. Ein schlechtes Kabeldesign und eine schlechte Erdung der Abschirmung sind oft die gr\u00f6\u00dfte Quelle f\u00fcr EMI.<\/p>\n\n\n\n

        \n\n\n\n

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

        In der Praxis ist die Erdungsmethode zu w\u00e4hlen, die f\u00fcr die Betriebsumgebung geeignet ist. Eine gute Wahl kann St\u00f6rungen vermeiden und die beste Schaltungsleistung erzielen.<\/p>\n\n\n\n

          \n
        • Halten Sie die R\u00fccklaufschleifen klein, um die Strahlung zu reduzieren.<\/li>\n\n\n\n
        • Halten Sie Hochgeschwindigkeitsbahnen in der N\u00e4he von durchgehenden Massefl\u00e4chen, um eine stabile Impedanz zu gew\u00e4hrleisten.<\/li>\n\n\n\n
        • Vermeiden Sie nach M\u00f6glichkeit die \u00dcberquerung von Splits auf der Leistungsebene.<\/li>\n\n\n\n
        • Bei Niederfrequenzsystemen (< 1 MHz) ist eine Ein-Punkt-Erdung oft ausreichend.<\/li>\n\n\n\n
        • Verwenden Sie bei Hochfrequenzsystemen (> 10 MHz) Mehrpunkt-Erdungen und kurze Erdungswege mit viel R\u00fccklauffl\u00e4che.<\/li>\n\n\n\n
        • Bei gemischten Systemen sollten Sie einen hybriden Ansatz mit Kondensatoren, Induktivit\u00e4ten, Widerst\u00e4nden, Ferritperlen oder kleinen Leiterbahnen verwenden, um die Kopplung zu kontrollieren.<\/li>\n\n\n\n
        • Trennen Sie analoge und digitale Masse und verbinden Sie sie sorgf\u00e4ltig.<\/li>\n\n\n\n
        • Verbinden Sie die Kabelabschirmungen mit der Stecker- oder Geh\u00e4usemasse, nicht mit der verrauschten Signalmasse.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

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

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          Ground traces and ground planes have impedance. When current flows through a ground path, a voltage will appear on that 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