减轻双面PCB中的噪声：两层PCB设计中的多(duō)点接地（网格接地）

2021-01-18

了解如何使用(yòng)网格接地技术来减少双面PCB中的噪声。

多(duō)层板的接地层可(kě)以显着改善電(diàn)路的噪声性能(néng)。使用(yòng)双面電(diàn)路板时，我们通常不会有(yǒu)接地层，并且我们期望噪声和发射更多(duō)。由于这一限制，除非成本目标迫使我们使用(yòng)两层板，否则我们更喜欢多(duō)层板。

即使我们没有(yǒu)带两层板的接地层，也仍然可(kě)以使用(yòng)一些技术来改善電(diàn)路性能(néng)。本文(wén)介绍了接地栅格技术，该技术使我们能(néng)够為(wèi)双面電(diàn)路板实现高效的接地電(diàn)路。

接地层如何减少電(diàn)路板的噪声？為(wèi)了更好地理(lǐ)解“接地网格”技术的操作，它将帮助您首先了解PCB中接地层的功能(néng)。请在继续之前阅读我有(yǒu)关接地层如何减少電(diàn)路板噪声的文(wén)章。

什么是网格接地平面？

接地网格是由整个PCB上的接地网络组成的。例如，如图1所示，我们可(kě)以在電(diàn)路板的底层上有(yǒu)一些水平接地走線(xiàn)，而在顶层上有(yǒu)一些垂直接地走線(xiàn)。此外，在垂直和水平接地走線(xiàn)的交点处有(yǒu)过孔。 

如您所见，可(kě)以通过接地栅格提供的许多(duō)备用(yòng)返回路径来闭合電(diàn)流环路。尽管有(yǒu)许多(duō)并联的返回路径，但大多(duō)数電(diàn)流将流经最接近信号走線(xiàn)的路径，以最大程度地减小(xiǎo)路径電(diàn)感。在图中示出了可(kě)能(néng)表现出相对较小(xiǎo)的電(diàn)感的返回路径。

请注意，对于接地栅格，您可(kě)能(néng)必须使用(yòng)多(duō)个过孔才能(néng)将信号走線(xiàn)布線(xiàn)在PCB上。如图3所示（图2的概念图中未显示）。

 

因此，最好将大多(duō)数顶层走線(xiàn)垂直放置，将大多(duō)数底层走線(xiàn)水平放置，以减少通孔的数量。

效果如何？

检查接地系统有(yǒu)效性的一种方法是测量板上各种IC之间的接地噪声電(diàn)压。一项研究比较了使用(yòng)接地栅格的两层板的IC的接地引脚之间的電(diàn)压差与具有(yǒu)单点接地的类似设计的電(diàn)压差。研究表明，接地格栅可(kě)以将IC的接地引脚之间的電(diàn)压差从1000 mV减小(xiǎo)到100 mV（这是各种IC组合之间的最佳改进）。根据这项研究，当采用(yòng)接地栅格技术时，電(diàn)路板的辐射降低了约7 dB。

為(wèi)了显着降低接地電(diàn)路電(diàn)感，应使用(yòng)0.5英寸或更小(xiǎo)的接地栅距。通常，随着工作频率的增加，我们可(kě)能(néng)需要使用(yòng)更细的网格来提供更多(duō)的并行路径并降低接地系统的電(diàn)感。接地栅格技术可(kě)兼容最高10 MHz的電(diàn)路；高于此频率，应使用(yòng)接地层。

在这种情况下，顶层的垂直接地線(xiàn)将被電(diàn)源線(xiàn)取代。水平构件接地。请注意，这些接地走線(xiàn)位于電(diàn)路板的底部，并且是连续的。它们不会被顶层的電(diàn)源走線(xiàn)中断。图4的接地网格将起作用(yòng)，因為(wèi)交流返回電(diàn)流可(kě)以沿着接地走線(xiàn)或電(diàn)源走線(xiàn)同样好地流回其電(diàn)源。由于在该方案中无法使用(yòng)过孔，因此我们必须在垂直和水平走線(xiàn)的交点处使用(yòng)旁路電(diàn)容器。这些電(diàn)容器应具有(yǒu)高品质，以使電(diàn)流轻松流回其驱动栅极。

我们还可(kě)以在顶层和底层都有(yǒu)接地和電(diàn)源走線(xiàn)。如下图5所示。

 这将占用(yòng)更多(duō)的電(diàn)路板空间，但我们希望它具有(yǒu)较低的電(diàn)感，因為(wèi)现在返回電(diàn)流可(kě)以流经接地走線(xiàn)和電(diàn)源走線(xiàn)。流经電(diàn)源走線(xiàn)的那部分(fēn)返回電(diàn)流将使用(yòng)一个旁路電(diàn)容器到达附近的接地走線(xiàn)，通过它可(kě)以流回驱动栅极。

如果電(diàn)路板空间限制不允许您使用(yòng)宽走線(xiàn)，则可(kě)以使用(yòng)窄走線(xiàn)来实现网格。如图6所示。

图6.图片由電(diàn)磁兼容性工程提供。  

较宽的走線(xiàn)可(kě)以提供较低的電(diàn)阻，这对于低频因素很(hěn)重要；然而，即使是一条狭窄的走線(xiàn)，也可(kě)能(néng)会向電(diàn)网系统增加许多(duō)平行路径，并降低接地電(diàn)感（高频因素）。