Gegenmaßnahmen für interne und externe Störungen

Die Hauptursache von Störungen in Digitalschaltungen sind Gatter, die beim Schaltvorgang ihre Stromaufnahme ändern. Dadurch breiten sich Störimpulse auf der Versorgungsleitung aus, die andere Gatter beeinflussen können.
Aufgrund des Wellenwiderstands der Leitung führen die Störimpulse zu einem temporären Spannungsabfall über der Masseleitung. Dadurch wird das Bezugspotential (Masse) ortsabhängig. Über die gemeinsame Masseleitung werden die Störungen in andere Signalleitungen eingekoppelt.
Die Reduzierung der Amplitude des Störimpulses kann also durch die Verkleinerung des Wellenwiderstandes Z₀ erreicht werden, der sich bei der verlustarmen Leitung nach folgender Formel berechnet:

$$Z_{0} = \sqrt{\frac{L'}{C'}}$$

Der Induktivitätsbelag L' sollte also möglichst klein, der Kapazitätsbelag C' möglichst groß sein.
Bei der Realisierung der Adapter- und der Pegelwandlerplatine wurden deshalb folgende schaltungstechnischen Maßnahmen zur Erhöhung der Kapazität bzw. Verringerung von eingekoppelten Störsignalen durchgeführt:

1.

Stützkondensatoren, die dicht an den Versorgungs-Pins der ICs plaziert werden. Typisch sind hier 100nF Keramikkondensatoren und zusätzliche Elektrolytkondensatoren an den Versorgungsschnittstellen der Leiterplatte, die durch ihre hohe Kapazität anhaltende Störungen abfangen.

2.

Stromversorgungsebenen auf den Mehrlagenplatinen. Eine eigene Lage für die Versorgungsspannung und die Masse verringert L' bei gleichzeitiger Erhöhung von C'. Die Adapterplatine besteht aus insgesamt sechs Lagen und die Pegelwandlerplatine ist vierlagig. Dabei ist jeweils eine Lage für die Masse und eine für die Versorgungsspannung vorhanden. Bei der Adapterplatine ist die Versorgungslage in 3,3V und 5V geteilt.

3.

Gutes Impedanzprofil der Leitungen. Je niedriger die Impedanz einer Leitung, desto kleiner die eingekoppelte Störspannung von induzierten Strömen.

4.

Leitungen mit großer Oberfläche. Je höher die Frequenz, um so größer wird der Skin-Effekt, der den Widerstandsbelag R' ansteigen läßt. R' ist proportional zu $\sqrt{\omega}$. Durch den Skin-Effekt sinkt der effektive Leiterquerschnitt, was durch eine größere Leiteroberfläche kompensiert wird.

Das Layout der Adapter- und der Pegelwandlerplatine ist im Anhang vorhanden.
Eine detailliertere Ausführung über die Vermeidung von Störeffekten in Digitalschaltungen ist in [11] zu finden.