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PCB布局提示和技巧:尽可能多地使用接地技术

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本文讨论了适当接地技术在PCB设计中的重要性。

     

    我不否认可以设计没有接地平面的PCB,并且在许多情况下,您可以通过这种方式创建功能齐全的电路板(或者至少在有利的环境中运行时它将完全正常工作)。但是地平面是提高性能和防止问题的简单方法,在我看来,使用普通轨迹进行接地连接的情况很少。

     

    铜是电阻器

    原理图有电线,但在现实生活中没有电线(除非有人开始使用超导体制造PCB ......)。物理互连(包括PCB走线)是低值电阻。我们经常忽略这种互连电阻的事实并不意味着它对电路的功能没有影响。

     

     

    在许多情况下,我们无法减轻信号走线中电阻的影响:微型IC和电路小型化的需求往往导致拥挤的布局,不允许宽走线或最佳元件放置。然而,我们可以通过使用接地平面来改善整体情况,这降低了返回路径的阻力。

    这种降低的回路电阻是将接地层结合到PCB中的一个基本优势。它降低了由返回电流变化引起的噪声,并且它建立了更均匀的接地电压(因为更小的电阻意味着在接地网的物理分离部分之间降低的电压更小)。通过将整个层专用于接地并使用过孔和通孔将所有内容连接到平面,您可以使物理电路更像原理图中的理想电路。

     

    更简单,更小

    接地层可改善电路的电气特性,同时还可简化布局任务,并在某些情况下缩小PCB尺寸。我不打算详述这些方面,因为我认为它们或多或少是不言自明的。飞机允许您在任何可以挤入通道的地方接入地网 - 并且挤压通孔比通过缠绕的各种迹线,铜浇注和细间距IC蜿蜒接地连接要容易得多。

    这种改进的布线可能允许您将元件推得更近,从而减小电路板尺寸,但如果接地层导致您丢失两个元件层中的一个,电路板也可能会变大。

     

    避免地面循环

    根据我的经验,术语“地面回路”可以指系统受地电位差影响的任何情况。一个典型的例子是当两个模块通过长电缆连接时,电缆中的返回电流导致一个模块的接地电压显着高于另一个模块的接地电压。但是,在这个讨论中,我指的是一个接地连接循环; 例如:

     

     

    如果必须使用单独的PCB走线进行多次接地连接,则创建如上所示的环路并不困难。

    地平面的存在不会导致无法创建接地回路,因为CAD程序不会阻止您在地面点之间绘制迹线。但如果您始终使用过孔或通孔进行接地连接,则问题应该在很大程度上消失:通过将过孔放到平面上,您可以从组件直接连接到通过低阻抗连接到所有其他接地的接地点电路中的点。

     

     

    坚固的接地平面提供一定程度的防止电磁干扰(辐射和接收)的保护。我不会依赖地平面来解决所有的EMI问题,特别是如果你在电路板的两侧都有元件; 精心设计的导电外壳会更有效。尽管如此,每一点点都有帮助,如果您担心EMI,那么您还有一个理由将地平面纳入您的布局。

     

    PCB平面电容器

    这不是主要的好处,它仅适用于与电源平面相邻的地平面。不过,我认为值得一提。通过薄电介质与电源平面隔开的地平面听起来很像平行板电容器,而这正是它的本质。这种结构为整个电路板增加了一点分布式电源电容,但它肯定不会取代你的去耦电容。

     

    实际障碍

    我无法想象四层PCB没有地平面的情况。我认为非常密集的布局可能需要两个内部层用于正常的信号路由,但老实说这似乎不太可能:毫无疑问,该平面占用了布线区域,但通过简化接地连接,它也减少了布线区域的数量。董事会将要求。

    一个更现实的情况是,地平面被省略,因为时间表或预算问题支持两层板。现在,地平面消耗了仅两个PCB层中的一个。如果这意味着将几乎所有的迹线和组件塞入一层,那么包含地平面真的更好吗?在我看来,是的,包括地平面更好,除非电路非常简单,你可以使用组织良好的低阻抗走线来建立接地连接。但说实话,如果您的空间限制非常严重,以至于您无法使电路板足够大以容纳底部的接地层和顶部的干净布局,则应移至四层板。

     

    这是我前一段时间设计的双层电路板的接地层。有时你真的需要第二层作为一些难以连接的逃生路线,这不是一个主要问题。平面层不必100%磨削。

     

    总结

    在PCB上添加接地层是通过一种简单,低成本,高效的方法来设计具有更好信号完整性,更高精度和更强抗干扰性的电子设备。如果您不习惯使用接地技术,请确保在布置下一块电路板时记住这些优点。