如何减少地面噪音

2021-04-07

PCB的功能(néng)取决于许多(duō)不同的因素，包括物(wù)理(lǐ)布局，所使用(yòng)的材料以及随时间推移对组件造成的压力。PCB组件之间的電(diàn)气干扰（也称為(wèi)接地噪声）在PCB操作期间可(kě)能(néng)会产生各种不良后果。这些问题包括信号完整性损失，意外的热变化和组件故障。因此，降低接地噪声是PCB设计人员的首要考虑。继续阅读有(yǒu)关如何减少地面噪声的深入讨论。

什么是地面噪声？

地面噪声有(yǒu)很(hěn)多(duō)名称，包括電(diàn)干扰和串扰。PCB中的電(diàn)路需要一定量的電(diàn)流和電(diàn)压才能(néng)正常工作。这意味着每个電(diàn)路必须具有(yǒu)适当的功率量，并且必须将功率路由到正确的位置。如果電(diàn)路之间意外连接，可(kě)能(néng)会导致電(diàn)源以意外方式在電(diàn)路之间泄漏，从而导致接地噪声。 

分(fēn)析地面噪声

分(fēn)析接地噪声（尤其是在高速PCB中）对确保PCB正常工作至关重要。尽管具有(yǒu)许多(duō)電(diàn)路的复杂PCB更容易产生接地噪声，但如果设计不正确，即使是简单的電(diàn)路布局也会产生噪声。PCB设计软件為(wèi)设计人员提供了一个具體(tǐ)的衡量指标，即使用(yòng)噪声系数可(kě)以衡量PCB产生多(duō)少接地噪声。噪声数据表明有(yǒu)多(duō)少地面噪声来自不同的来源，例如走線(xiàn)之间的无意连接或热噪声。 

PCB的布局和能(néng)量需求通常意味着不同的PCB具有(yǒu)不同的接地噪声源。例如，長(cháng)走線(xiàn)很(hěn)可(kě)能(néng)会意外连接，而大功率PCB则很(hěn)可(kě)能(néng)会出现热问题。将地面噪声降低到零在功能(néng)上是不可(kě)能(néng)的，因為(wèi)总会有(yǒu)一些来自预期来源的噪声，但是可(kě)以将其最小(xiǎo)化。

學(xué)习如何减少地面噪声的重要性

设计具有(yǒu)最小(xiǎo)接地噪声的PCB可(kě)以确保其電(diàn)路的信号完整性保持可(kě)靠。信号完整性的损失会引起PCB的多(duō)种问题，从短路到辐射发射。这些问题彼此叠加，形成级联效应，随着时间的推移会增加地面噪声。当用(yòng)户向PCB施加電(diàn)流时，两个電(diàn)路之间的距离越近，它们之间产生串扰的可(kě)能(néng)性就越大。简单的几何图形通常可(kě)以解决类似的串扰问题。

尽管降低接地噪声只是确保PCB高性能(néng)的一部分(fēn)，但降低噪声是避免讨厌的运行时问题（如電(diàn)路板故障）的有(yǒu)效方法。性能(néng)问题还可(kě)能(néng)表现為(wèi)数字网络中的响应时间较慢，数据丢失或功耗峰值。

仔细选择PCB材料以减少接地噪声

不同的材料具有(yǒu)不同的電(diàn)导率，因此使用(yòng)不同的材料组合是减少地面噪声的一种方法。当计划减少接地噪声的最佳方法时，必须注意，PCB中有(yǒu)两种对接地噪声影响最大的关键材料类型：放置元件的基板和用(yòng)于导電(diàn)走線(xiàn)的金属。 

结构良好的PCB应具有(yǒu)坚固的绝缘體(tǐ)和高导電(diàn)性的走線(xiàn)。PCB中最常见的基板和走線(xiàn)组合是环氧玻璃和铜。由于玻璃环氧树脂是绝缘體(tǐ)，因此可(kě)以很(hěn)好地将電(diàn)流保持在一般应用(yòng)中应在铜走線(xiàn)之内的位置。

但是，高速和高频PCB是一个挑战，因為(wèi)它们自然会产生大量的接地噪声。这不是材料的错；承受大量電(diàn)流的PCB设计甚至会使最坚固的绝缘體(tǐ)和导體(tǐ)承受应力。与其他(tā)PCB相比，材料的结构通常需要不同。 

涉及单端微带的新(xīn)模型允许铜走線(xiàn)以低于正常阻抗的方式工作，从而增加了导電(diàn)率并总體(tǐ)上降低了接地噪声。高导電(diàn)性的铜走線(xiàn)可(kě)立即减少多(duō)种类型的接地噪声和串扰，从而在高应力情况下提高信号完整性和可(kě)靠性。