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了解兩層 PCB 中的接地層
了解兩層 PCB 中的接地層
放置接地層和接地布線(xiàn)是兩層或多層 PCB 中最重要的兩個(gè)設(shè)計(jì)指南。正確執(zhí)行此操作有助于降低對(duì) EMI 的敏感性、抑制串?dāng)_并防止接地環(huán)路。這些噪聲源會(huì)降低信號(hào)完整性，而適當(dāng)?shù)碾娐钒褰拥仄矫嬖O(shè)計(jì)技術(shù)將確保您的設(shè)備發(fā)揮最佳性能。
我的兩層 PCB 需要接地層嗎？
如果您不熟悉 PCB 設(shè)計(jì)，您的第一個(gè) PCB 可能是兩層板，因?yàn)閺牟季趾托盘?hào)完整性的角度來(lái)看，它們相對(duì)容易使用。您將擁有有限的空間，因?yàn)槟粫?huì)通過(guò)內(nèi)部信號(hào)層路由信號(hào)。這是在確定是否包括接地平面以及將其放置在電路板上的位置時(shí)要考慮的第一點(diǎn)。大多數(shù) PCB 設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)誓使用地平面，這當(dāng)然是處理高速/高頻信號(hào)時(shí)的最佳選擇。從 EMC 的角度來(lái)看，將接地層與 PCB 的信號(hào)層分離將提供一定程度的保護(hù)，防止來(lái)自外部源的輻射 EMI。
使用 2 層 PCB 接地平面也比僅布線(xiàn)接地跡線(xiàn)更可取。當(dāng)高速/高頻信號(hào)通過(guò)電纜在電路板之間布線(xiàn)時(shí)，將返回跡線(xiàn)與信號(hào)跡線(xiàn)相鄰布線(xiàn)是在多板設(shè)計(jì)中最小化 EMI 敏感性的一種策略。將接地回路盡可能靠近信號(hào)線(xiàn)放置，可使回路信號(hào)緊隨跡線(xiàn)，從而最大限度地降低環(huán)路電感和 EMI 敏感性。
幾乎每塊包含多個(gè)組件的電路板都沒(méi)有足夠的空間在所有信號(hào)走線(xiàn)旁邊布置返回走線(xiàn)。在兩層 PCB 的底層放置一個(gè)地平面提供相同的效果；將接地層放置在信號(hào)走線(xiàn)下方還可以減少信號(hào)看到的環(huán)路面積。理想情況下，信號(hào)走線(xiàn)應(yīng)盡可能靠近地平面，以抑制相鄰走線(xiàn)之間的串?dāng)_，這可能需要使用更薄的電路板。
在相關(guān)組件和信號(hào)走線(xiàn)下方放置接地平面還允許您通過(guò)過(guò)孔將接地回路直接從組件布線(xiàn)到接地平面。然后返回信號(hào)將沿著阻抗最小的路徑返回到電源返回。這還允許您輕松地在關(guān)鍵組件的電源連接和接地層之間放置旁路/去耦電容器，從而允許電源連接中的任何高頻波動(dòng)（例如，來(lái)自開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo) EMI）到達(dá)相關(guān)組件。
通過(guò)正確的布線(xiàn)和接地技術(shù)防止 EMI
地平面截面網(wǎng)格化
可以在兩層 PCB 中使用的一種技術(shù)是網(wǎng)格化，而不是在整個(gè)底層放置一個(gè)連續(xù)的接地平面。電源和接地走線(xiàn)以差分方式布線(xiàn)，模擬一對(duì)電源線(xiàn)。可以擴(kuò)展每條接地跡線(xiàn)以盡可能多地填充空的 PCB 空間，并且所有剩余的空空間都可以用接地填充填充。這種技術(shù)將使您的 2 層板具有與四層 PBC 疊層相同的降噪水平。
另一種解決方案是在兩層上使用兩個(gè)垂直的網(wǎng)格圖案，網(wǎng)格可以在網(wǎng)格交叉的點(diǎn)與通孔連接。這可確保網(wǎng)格的所有部分保持幾乎相同的電位，并為兩層上的組件提供一些額外的空間。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)潛在問(wèn)題是單層網(wǎng)格之間的布線(xiàn)。在這種情況下，接地跡線(xiàn)可以緊挨著信號(hào)跡線(xiàn)布線(xiàn)，其中接地跡線(xiàn)通過(guò)過(guò)孔連接到相對(duì)層的接地部分。
與許多設(shè)計(jì)選擇一樣，網(wǎng)格化代表了一種權(quán)衡：您可以在電路板上獲得更多的空間，并可以通過(guò)創(chuàng)造性的布線(xiàn)創(chuàng)建低電感電流環(huán)路，但會(huì)失去一些由連續(xù)接地層提供的 EMI 保護(hù)。網(wǎng)格化所需的過(guò)孔還充當(dāng)電感阻抗不連續(xù)性，從而產(chǎn)生高速信號(hào)的信號(hào)完整性問(wèn)題。網(wǎng)格還可以在組件周?chē)纬蓪?dǎo)電回路，輻射EMI可以在該導(dǎo)體回路中感應(yīng)電流。更好的選擇是將組件放置在另一層接地網(wǎng)格上方的一層上。
總而言之，小心網(wǎng)格。某些設(shè)計(jì)指南將推薦在兩層板中使用網(wǎng)格作為在單層上使用連續(xù)接地平面的替代方案。對(duì)于低速/低頻信號(hào)或與機(jī)箱有足夠屏蔽的直流板，這可能沒(méi)問(wèn)題。然而，在沒(méi)有屏蔽的高速/高頻情況下或具有顯著輻射 EMI 的環(huán)境中，犧牲電路板空間并在底層選擇連續(xù)地平面可能是更好的主意。
混合信號(hào)？在地平面中創(chuàng)建截面
一些簡(jiǎn)單的 2 層 PCB 接地平面設(shè)計(jì)可能仍需要在同一塊板上整合數(shù)字和模擬信號(hào)。最佳做法是將背面層的接地平面分成數(shù)字部分和模擬部分，但讓這兩個(gè)平面在靠近電源回路的地方連接。這可確保數(shù)字信號(hào)不會(huì)沿著敏感模擬組件下方的返回路徑傳播。
混合信號(hào)兩層 PCB 的地平面可以有一個(gè)分隔不同部分的凹口，盡管在凹口上布線(xiàn)會(huì)為地平面中的返回信號(hào)創(chuàng)建一個(gè)非常大的返回路徑，不建議這樣做。這些走線(xiàn)將產(chǎn)生強(qiáng)烈輻射，并且電路將具有較大的環(huán)路電感，從而導(dǎo)致對(duì)輻射 EMI 的敏感性更高。完全分開(kāi)接地平面并嘗試使用鐵氧體磁珠之類(lèi)的東西使各部分具有相同的電位是一個(gè)壞主意，因?yàn)檫@會(huì)產(chǎn)生比它解決的更多的 EMI 和噪聲問(wèn)題。