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)計中的重要性。

相關(guān)信息

每個設(shè)計師都需要知道的實用PCB布局提示

PCB布局樣式錯誤可能會破壞您的設(shè)計

我不否認(rèn)可以設(shè)計沒有地平面的PCB，以及在許多情況下，您可以通過這種方式創(chuàng)建一個功能齊全的電路板（或者至少在有利的環(huán)境中運(yùn)行時它將完全正常工作）。但是地平面是提高性能和預(yù)防問題的簡單方法，在我看來，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)實生活中沒有電線（除非有人開始使用超導(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并不意味著它對電路的功能沒有影響。在ADI公司發(fā)布的該文檔的第8頁上，作者證明了5 cm PCB走線可能會在16位ADC產(chǎn)生的數(shù)字化值中引入超過1 LSb的誤差。

AAC的 跟蹤電阻計算器頁面 有關(guān)于所示等式的更多信息在很多情況下，我們無法減輕信號走線中電阻的影響：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，我們可以通過使用接地平面來改善整體情況，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中的一個基本優(yōu)勢。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（因為更小的電阻意味著在接地網(wǎng)的物理分離部分之間降低的電壓更?。?。通過將整個層專用于接地并使用過孔和通孔將所有內(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。

更簡單，更小

接地層可改善電路的電氣特性，同時還可簡化布局任務(wù)，并在某些情況下縮小PCB尺寸。我不打算詳述這些方面，因為我認(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)致您丟失兩個元件層中的一個，則電路板也可能會變大（I'我將在本文末尾重新討論這個問題。）

避免地面循環(huán)

根據(jù)我的經(jīng)驗，“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。一個典型的例子是當(dāng)兩個模塊通過長電纜連接時，電纜中的返回電流導(dǎo)致一個模塊的接地電壓顯著高于另一個模塊的接地電壓。但是，在這個討論中，我指的是一個接地連接循環(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)路是一個很好的磁干擾接收器。

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

綜合護(hù)盾

A堅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）。我不會依賴地平面來解決所有的EMI問題，特別是如果你在電路板的兩側(cè)都有元件;精心設(shè)計的導(dǎo)電外殼會更有效。盡管如此，每一點點都有幫助，如果您擔(dān)心EMI，那么您還有一個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，我認(rèn)為值得一提。通過薄電介質(zhì)與電源平面隔開的地平面聽起來很像平行板電容器，而這正是它的本質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)為整個電路板增加了一些分布式電源電容，但它肯定不會取代你的去耦電容。

實際障礙

我無法想象四層PCB沒有地平面的情況。我認(rèn)為非常密集的布局可能需要兩個內(nèi)部層用于正常的信號路由，但老實說這似乎不太可能：毫無疑問，該平面占用了布線區(qū)域，但通過簡化接地連接，它也減少了布線區(qū)域的數(shù)量，董事會將要求。

一個更現(xiàn)實的情況是地面被省略，因為時間表或預(yù)算問題支持雙層董事會。現(xiàn)在，地平面消耗了僅兩個PCB層中的一個。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，是的，包括地平面更好，除非電路非常簡單，你可以使用組織良好的低阻抗走線來建立接地連接。但老實說，如果您的空間限制非常嚴(yán)重，以至于您無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)計了 。有時你真的需要第二層作為一些難以連接的逃生路線，這不是一個主要問題。平面層不必100％接地。

摘要

在PCB上添加接地層非常簡單，低成本，高效的方式來設(shè)計具有更好信號完整性，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，請確保在布置下一塊電路板時記住這些好處。