PCB設計中的接地和電壓布線

關鍵點：

·了解跳線接地和電壓接線印刷電路板的布局和設計

·PCB設計中實現電源和地平面的最佳實踐

將電源線插入墻上插座或打開電燈開關很容易。 您可能認為將印刷電路板上的元件連接到電源或地也很容易。 老實說，以前的PCB設計就是這樣的。 在信號和電源完整性不重要的電路板上，您可以在電源或接地層中放置過孔并忽略它們。

但是，根據當今電子產品的設計要求，管理分布網絡的事情很多，而不僅僅是在設計中添加一些過孔。 您需要考慮 PDN 對電路板其余部分的影響，并確保設備可以使用合適的電源和接地網。 這需要一些電路板接地和電壓布線方面的技巧，我們在這里提供一些有用的想法。

印刷電路板上的接地和電壓接線

盡管當今的密集多層板廣泛應用于先進的電子設備中，但仍然需要廉價的雙層板。 對于不需要很多電路的設備（如玩具或其他簡單的消費品），雙層板仍然是首選，以減少制造時間和成本。 但與此同時，這些電子設備的效率仍在不斷提高，這就需要在電路板的電源網絡設計上付出更多的努力。

使用時只需要兩層，電源和地平面沒有可用的內層，所以電源必須布線。 建議在大多數應用中，設計人員使用盡可能小的軌道寬度，并且仍然可以以較低的價格制造。 這通常會產生 600 萬個信號通道和 2000 萬個功率通道。 請記住，電源走線寬度與電流成正比。 如果電流增加，走線寬度將增加，反之亦然。

布線時，信號和電源布線應放在頂層，返回路徑應保留在底層。 最簡單的方法是將底層作為堅實的地平面。 您可能最終不得不使用一些底層進行信號路由，但如果您想確保為信號返回保持清晰的路徑。

路由電壓和信號路由需要仔細規(guī)劃

使用底部接地還可以幫助您解決噪聲和其他信號完整性問題，但它也會占用大量空間。 這對于仔細規(guī)劃頂層電源布線非常重要，以確保電源均勻分布在整個電路板上。

如果SMT引腳連接到電源或地有大面積的金屬，可能會導致SMT引腳和金屬較少的引腳之間的熱不平衡。 在具有兩條腿的較小的分立部件中，這種不平衡會導致一種稱為“墓碑沖擊”的情況。 這是一個引腳上的焊料回流速度比另一個引腳快的地方，零件被拉離另一個引腳。

將分立的 SMT 引腳連接到接地或電壓布線時，最好使用寬度足以滿足電流要求的走線來提供散熱。 這將有助于維持器件兩個引腳之間的熱平衡。

小型分立器件的另一個問題是將引腳放置在大面積的金屬上，雖然這提供了最佳的電源效率，但它也充當了一個巨大的散熱器，與另一個引腳產生了很大的熱不平衡為了滿足電源設計和 PCB 制造的要求，連接 SMT 引腳連接到多條跡線或“連接”。 “這提供了焊接到 SMT 引腳所需的散熱

通孔引腳：

通孔引腳與電源和地走線的連接通常與任何其他走線相同，需要從走線直接連接到引腳的焊盤。 如果走線比焊盤寬，或者有金屬填充區(qū)域（如電源或地平面），則需要使用導熱焊盤。

這些散熱器可以提供足夠的金屬來傳導電流，但減少了金屬平面從引腳吸收的熱量。 借助 CADence Allegro 等 PCB 設計工具，您可以控制電纜扎帶的寬度和導熱墊的間距，為墊提供足夠的金屬以滿足其需求。

地平面帶通孔引腳的散熱器

電源和地平面的優(yōu)缺點

如果您正在設計多層板，您可能需要包括用于專用電源和接地層的板堆棧。 使用飛機的最大優(yōu)勢是它提供了一種簡單的方法將組件連接到電源和地，而不需要像在兩層板上那樣使用寬走線和布線。 在您的設計中使用地平面還有許多其他好處，包括：

·返回路徑：信號將從源傳輸到目的地，然后需要返回到源。 如果沒有清晰的返回路徑，它們在懸停時會產生很大的噪音，可能會影響其他電路。 地平面將提供這個簡單的返回路徑。

·屏蔽：地平面有助于屏蔽敏感電路免受外部電磁干擾（EMI），并防止內部EMI影響其他設備。 此外，在設計中在有源信號層之間使用地平面將有助于降低層間橫向耦合或串擾的可能性。

·降噪：數字電路在切換時，會通過接地電路產生噪聲脈沖，可能導致其他電路誤切換。 接地板的大面積將有助于減少影響，因為它的阻抗低于穿過軌道的地線的阻抗。

·散熱：接地面也為發(fā)熱的元器件提供了良好的散熱。 通過電路板將這些帶孔的元器件連接到地平面，可以使熱量均勻分布在電路板上。

·另一方面，使用電源和地平面時應注意一些缺點。 這種平面會增加電路板的層數，從而增加制造成本。 電路的不同區(qū)域（例如數字和模擬）需要仔細管理它們的接地，以便來自一個電路的噪聲不會對另一個電路產生不利影響。 此外，在使用分體式飛機容納多個電源或接地網時必須非常小心。 這對于信號返回路徑尤為重要，因為分離面可能會在不經意間破壞或阻塞本應暢通無阻的路徑。

然而，所有這些問題都是PCB設計過程中的問題，先進的PCB設計工具可以巧妙地解決這些問題