PCB布局為什么要盡可能使用地平面

本文討論了正確接地技術(shù)在PCB設(shè)計(jì)中的重要性。

相關(guān)信息

每個(gè)設(shè)計(jì)師都需要知道的實(shí)用PCB布局提示

PCB布局樣式錯(cuò)誤可能會(huì)破壞您的設(shè)計(jì)

我不否認(rèn)可以設(shè)計(jì)沒(méi)有地平面的PCB，以及在許多情況下，您可以通過(guò)這種方式創(chuàng)建一個(gè)功能齊全的電路板（或者至少在有利的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)它將完全正常工作）。但是地平面是提高性能和預(yù)防問(wèn)題的簡(jiǎn)單方法，在我看來(lái)，使用普通軌跡進(jìn)行接地連接的情況很少。

銅是電阻器

示意圖有電線，但在現(xiàn)實(shí)生活中沒(méi)有電線（除非有人開(kāi)始使用超導(dǎo)體制造PCB ......）。物理互連（包括PCB走線）是低值電阻。我們經(jīng)常忽略這種互連電阻的事實(shí)并不意味著它對(duì)電路的功能沒(méi)有影響。在ADI公司發(fā)布的該文檔的第8頁(yè)上，作者證明了5 cm PCB走線可能會(huì)在16位ADC產(chǎn)生的數(shù)字化值中引入超過(guò)1 LSb的誤差。

AAC的 跟蹤電阻計(jì)算器頁(yè)面 有關(guān)于所示等式的更多信息在很多情況下，我們無(wú)法減輕信號(hào)走線中電阻的影響：微型集成電路和電路小型化的需求經(jīng)常出現(xiàn)在上面。

導(dǎo)致?lián)頂D的布局，不允許寬的痕跡或最佳的元件放置。但是，我們可以通過(guò)使用接地平面來(lái)改善整體情況，從而降低返回路徑的阻抗。

這種降低的回路電阻是將接地層結(jié)合到PCB中的一個(gè)基本優(yōu)勢(shì)。它降低了由返回電流變化引起的噪聲，并且它建立了更均勻的接地電壓（因?yàn)楦〉碾娮枰馕吨诮拥鼐W(wǎng)的物理分離部分之間降低的電壓更?。Ｍㄟ^(guò)將整個(gè)層專(zhuān)用于接地并使用過(guò)孔和通孔將所有內(nèi)容連接到平面，您可以使物理電路更像原理圖中的理想電路。

更簡(jiǎn)單，更小

接地層可改善電路的電氣特性，同時(shí)還可簡(jiǎn)化布局任務(wù)，并在某些情況下縮小PCB尺寸。我不打算詳述這些方面，因?yàn)槲艺J(rèn)為它們或多或少是不言自明的。飛機(jī)允許您在任何可以擠入通道的地方接入地網(wǎng) - 并且擠壓通孔比通過(guò)纏繞的各種跡線，銅澆注和細(xì)間距IC蜿蜒接地連接要容易得多。

這種改進(jìn)的布線可能允許您將元件推得更近，從而減小電路板尺寸，但如果接地層導(dǎo)致您丟失兩個(gè)元件層中的一個(gè)，則電路板也可能會(huì)變大（I'我將在本文末尾重新討論這個(gè)問(wèn)題。）

避免地面循環(huán)

根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，“地面循環(huán)”一詞可以指任何系統(tǒng)受地面電位差影響的情況。一個(gè)典型的例子是當(dāng)兩個(gè)模塊通過(guò)長(zhǎng)電纜連接時(shí)，電纜中的返回電流導(dǎo)致一個(gè)模塊的接地電壓顯著高于另一個(gè)模塊的接地電壓。但是，在這個(gè)討論中，我指的是一個(gè)接地連接循環(huán);例如：

如果必須使用單獨(dú)的PCB走線進(jìn)行多次接地連接，創(chuàng)建一個(gè)如上所示的循環(huán)并不困難。如果您已經(jīng)閱讀了我關(guān)于互感的文章，您就知道這種導(dǎo)電環(huán)路是一個(gè)很好的磁干擾接收器。

地平面的存在不會(huì)造成地面循環(huán)，因?yàn)镃AD程序不會(huì)阻止您在地面點(diǎn)之間繪制痕跡。但是，如果您始終使用過(guò)孔或通孔進(jìn)行接地連接，則問(wèn)題應(yīng)該基本消失：通過(guò)將過(guò)孔放到平面上，您可以從組件直接連接到通過(guò)低阻抗連接到所有其他接地的接地點(diǎn)電路中的點(diǎn)。

綜合護(hù)盾

A堅(jiān)固的地平面提供一定程度的保護(hù)，防止電磁干擾（輻射和接收）。我不會(huì)依賴(lài)地平面來(lái)解決所有的EMI問(wèn)題，特別是如果你在電路板的兩側(cè)都有元件;精心設(shè)計(jì)的導(dǎo)電外殼會(huì)更有效。盡管如此，每一點(diǎn)點(diǎn)都有幫助，如果您擔(dān)心EMI，那么您還有一個(gè)理由將地平面納入布局。

PCB平面電容

這不是主要的好處，它僅適用于與電源層相鄰的地平面。不過(guò)，我認(rèn)為值得一提。通過(guò)薄電介質(zhì)與電源平面隔開(kāi)的地平面聽(tīng)起來(lái)很像平行板電容器，而這正是它的本質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)為整個(gè)電路板增加了一些分布式電源電容，但它肯定不會(huì)取代你的去耦電容。

實(shí)際障礙

我無(wú)法想象四層PCB沒(méi)有地平面的情況。我認(rèn)為非常密集的布局可能需要兩個(gè)內(nèi)部層用于正常的信號(hào)路由，但老實(shí)說(shuō)這似乎不太可能：毫無(wú)疑問(wèn)，該平面占用了布線區(qū)域，但通過(guò)簡(jiǎn)化接地連接，它也減少了布線區(qū)域的數(shù)量，董事會(huì)將要求。

一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的情況是地面被省略，因?yàn)闀r(shí)間表或預(yù)算問(wèn)題支持雙層董事會(huì)?，F(xiàn)在，地平面消耗了僅兩個(gè)PCB層中的一個(gè)。如果這意味著將幾乎所有的跡線和組件塞進(jìn)一層，那么包含地平面真的更好嗎？在我看來(lái)，是的，包括地平面更好，除非電路非常簡(jiǎn)單，你可以使用組織良好的低阻抗走線來(lái)建立接地連接。但老實(shí)說(shuō)，如果您的空間限制非常嚴(yán)重，以至于您無(wú)法使電路板足夠大以容納底部的接地層和頂部的干凈布局，則應(yīng)移至四層板。

這是 雙層電路板的接地層我剛剛設(shè)計(jì)了 。有時(shí)你真的需要第二層作為一些難以連接的逃生路線，這不是一個(gè)主要問(wèn)題。平面層不必100％接地。

摘要

在PCB上添加接地層非常簡(jiǎn)單，低成本，高效的方式來(lái)設(shè)計(jì)具有更好信號(hào)完整性，更高精度和更強(qiáng)抗干擾性的電子設(shè)備。如果您不習(xí)慣使用地平面，請(qǐng)確保在布置下一塊電路板時(shí)記住這些好處。