講解PCB布局中的單點接地和多點接地

為 PCB 提供良好的接地系統(tǒng)可能是 PCB 布局最重要的方面之一。 有數(shù)字的、模擬的、機箱的和接地的。 它們的作用對電路板的整體性能很重要。 電路板中的接地系統(tǒng)將執(zhí)行所有工作，從維持穩(wěn)定的參考電平到為信號和電流提供清晰的返回路徑。

我們將學(xué)習(xí)PCB設(shè)計中的單點接地和多點接地，以及在接下來的布局中連接接地時需要知道的知識。

單點接地和多點接地——哪一個？

印刷電路板上可以使用許多不同的地，最常見的例子之一是混合信號板上的數(shù)字地和模擬地。 需要連接接地，這取決于您的設(shè)計是需要單點接地還是多點接地。 讓我們探討這兩種類型。

單點接地

以不同方式接地的電路板稱為單點接地或“星形”接地。 這種方法通常用于低頻應(yīng)用，板子上有一個接地點，是連在一起的。 如果它是一個分裂的接地層，數(shù)字和模擬接地層將在分裂之間的某個點連接在一起。

多點接地

這種接地策略用于工作頻率較高的電路板。 并非每個接地電路都在一個平面上的一點上相互連接，但所有接地電路都在同一平面上共享。 不同的電路通過低阻抗連接連接到參考接地平面。 較短的連接有助于降低在較高頻率下可能發(fā)生的 EMI。

單點接地系統(tǒng)在較低頻率下效果更好，而多點接地系統(tǒng)在較高頻率下效果更好。 在很多情況下，電路板的供電網(wǎng)絡(luò)中存在單點接地和多點接地混合的情況。 但是，關(guān)于如何連接接地系統(tǒng)的一些要點必須牢記以避免出現(xiàn)問題，這將在下面的內(nèi)容中介紹。

接地層配置不正確

如果所有返回電流都流過一個點，則單點接地系統(tǒng)可能會出現(xiàn)問題。 這會干擾整個接地平面的高頻電流的正常流動，從而輻射 EMI。 在許多情況下，不同的電路最好共享接地層并在電路板的另一層提供不同的返回路徑。 保持信號靠近其返回路徑以減少它們將引起的磁環(huán)路也很重要。

分離平面的另一個問題是它可能會導(dǎo)致接地電流環(huán)路。 通過嵌入走線或分割平面，您可能會阻塞返回路徑并無意中創(chuàng)建環(huán)路。 最好保持地平面的完整性，避免出現(xiàn)會阻塞返回路徑的情況，例如過孔、槽或其他平面障礙物的高密度區(qū)域。 如果有單獨的數(shù)字和模擬地平面，通常建議將它們放置在電路板的不同層上，不要重疊，以幫助最大限度地減少它們之間的電容耦合。

在 PCB 設(shè)計中，您通常希望查看電路板上所有未布線的網(wǎng)絡(luò)，并將布線和布線放在工作流程中的最高優(yōu)先級。 然而，在實踐中，每個信號都有一條返回路徑，必須通過參考平面返回到源。 如果地平面設(shè)計不當，無法傳導(dǎo)這些返回路徑，信號的性能就會受到影響。 因此，布局工程師必須同時考慮設(shè)計的布線和接地。

布線不正確可能會導(dǎo)致信號出現(xiàn)問題，而設(shè)計不當?shù)慕拥夭呗钥赡軙＜罢麄€電路板的運行。

接地層的 PCB 布局最佳實踐

在開始布局之前，您必須使用所有正確的參數(shù)和設(shè)置來設(shè)置電路板。 該過程的一部分是通過平衡制造成本與電路板的布線密度和信號完整性要求來設(shè)置電路板的層堆疊配置。 敏感信號將需要帶狀線層配置，這可能需要布線多個電源，正如我們所討論的，電路板接地也是一個因素。

布置電路板時，您需要確定創(chuàng)建地平面的策略。 通常，地平面是通過稱為澆銅的過程創(chuàng)建的。 設(shè)計師繪制平面輪廓，然后系統(tǒng)根據(jù)為其設(shè)置的參數(shù)形成平面。

實施平面策略后，設(shè)計師可以繼續(xù)走線。 與參考地平面耦合布線時，請牢記以下基本規(guī)則：

不要越過分割平面； 您將阻塞信號的清晰返回路徑，并可能在電路上產(chǎn)生大量噪聲。

路由敏感信號時，將它們放在盡可能靠近其參考平面的層上以進行耦合。

如果您必須更改圖層，請嘗試將圖層限制在參考平面的任一側(cè)以保持清晰的信號返回路徑。

如果必須穿過更多層，請在信號過孔旁邊使用接地過渡過孔以繼續(xù)信號返回路徑。

對于電源和接地連接，請使用短而寬的布線以降低其阻抗。

為了設(shè)計出具有良好單點或多點接地系統(tǒng)的電路板，設(shè)計人員需要遵循許多規(guī)則。 幸運的是，您使用的 PCB 設(shè)計工具有許多內(nèi)置功能可以提供幫助。

設(shè)置用于生成地平面的設(shè)計工具

如前所述，DynamIC Shape Instance Parameters 菜單允許您輕松控制地平面的創(chuàng)建或更改方式。 但是，電源和接地網(wǎng)的其他方面也需要控制。 其中包括布線時使用的布線寬度和間距，以及將使用何種類型的通孔。

正如您在上圖中所看到的，接地網(wǎng)和電網(wǎng)被歸為一個網(wǎng)絡(luò)類別，您可以在其中輕松控制它們的不同參數(shù)。 約束管理器使用電子表格樣式的界面，使您可以完全控制電路板的網(wǎng)絡(luò)、組件和許多其他方面，從電氣屬性到制造規(guī)則。 約束管理器可以導(dǎo)入或?qū)С銎湟?guī)則，從而可以使用新設(shè)計中的現(xiàn)有規(guī)則輕松快速地為新設(shè)計設(shè)置約束。 PCB加工廠講解PCB布局中的單點接地和多點接地，以及下一次布局連接接地時需要知道的知識。