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布局中最好的PCB接地技术
布局中最好的PCB接地技术
当应用于电路板设计时，这句话具有坚实的基础和精心设计的PCB接地系统的双重含义。在电子领域，良好的供电网络依赖于强大的接地系统，为电路板提供坚实的基础。
现代高速电子设备需要精心设计的地面系统才能以最佳性能运行。如果在实施PCB接地时没有适当注意，电路板可能会遇到许多不同的噪声和电磁干扰 (EMI) 问题。以下是有关PCB接地技术的一些其他详细信息，它们应该有助于您进行下一个电路板设计。
PCB接地技术——不仅仅是简单地布线网络
PCB设计中的接地网在外观上可能具有欺骗性。是的，有很多连接，但由于大多数设计在其层堆叠中都有一个或多个地平面，您只需添加一个接地过孔，工作就完成了。对？从技术上讲，这是正确的，但实际上，要构建良好的供电网络，还需要更多的东西进入PCB接地技术。
电路板需要精心设计的供电网络(PDN) 来为设计中的所有组件提供清洁电源。否则，电路板可能会遇到不同的电源完整性问题，这些问题表现在以下方面：
PDN 噪声会导致电压电平不一致。
由于电压不足导致电路故障。
PDN 产生的串扰导致信号误解。
通过电路板辐射的 EMI。
电路板设计人员必须为最佳供电网络布置 PDN，以避免这些问题。
接地策略
首要决定之一将是决定接地策略是什么。低频应用有时会使用单点或“星形”接地技术，其中不同的接地仅在电路板上的一个点连接在一起。高频电路板将使用多接地策略，其中电路板上的所有接地连接通过低阻抗连接共享同一平面。这种技术的缩短连接有助于减少可能在更高频率下产生的 EMI。
参考平面
PCB接地技术的另一个重要方面是如何配置参考平面。信号将使用其可用的最简单和最低阻抗的路径作为返回路径，理想情况下将是为其准备的接地层。PCB设计人员必须为其布局配置足够的参考平面和清晰的返回路径，以防止信号四处游荡并产生额外的噪声和干扰。接下来，我们将在研究高速设计中的PCB接地技术时更多地研究参考平面。
像这样的屏蔽区域充分利用了电路板中设计的PCB接地技术
高速设计中的电源完整性
为您的高速电路设置最佳接地策略的第一部分是正确设置板层堆叠。显然，必须考虑制造和装配方面的问题，这就是为什么最好在开始布局之前与您的制造商合作以选择最佳材料。您将需要设置带状线层配置并针对要布置的不同类型的电路适当地划分设计。
接下来是元件放置。放置高速元件有许多规则，包括遵循信号路径并为逃逸孔留出足够的空间以及部件之间的密集总线布线。对于接地，您需要尽可能靠近电源和接地连接放置旁路电容，并使用短的直接走线和过孔将它们路由到接地层。您还需要确保您的部件放置不会无意中允许走线穿过平面分割（如下图所示）。您还需要放置零件以避免电路的其他区域，例如模拟或电源分区。
设计电路板的目标之一是以尽可能具有最佳信号完整性的方式对其进行布局。您已经为带状线布线设置了板层堆叠配置，您必须在这些接地层之间布线阻抗控制网络。成功的传输线布线取决于那些与参考接地平面耦合的迹线，以获得更清晰和不间断的信号返回路径。这些平面还有助于屏蔽高速电路免受内部和外部 EMI 源的影响，接地平面还有助于屏蔽高速电路可能产生的任何 EMI。
电路板中的分裂平面可用于电源或接地网络
电源布局
许多高速设计的一般规则也适用于如何布置电源电路。例如，短路和直接布线在这些电路中也很重要。以下是您在设计时应考虑的电源布局建议：
组件放置：电源组件需要彼此靠近以限制它们在布线中可能产生的噪声量。您仍然需要注意制造商的可制造性规则设计，但让这些部件尽可能靠近。这将允许您保持走线短。此外，请确保不要将您的电源组件放置在高速数字路由区域。保持电路的不同区域彼此分开。
走线：电源走线越短，线路中积聚的电感就越少，有助于减少电路产生的噪声量。您还必须使用足够宽的走线来处理电路的电流，而不会冒走线烧穿的风险。
信号和电源完整性：尽可能使用实心平面进行PCB接地，而不是使用走线对其进行布线。这将有助于信号和电源完整性以及更高电流的热管理。此外，确保接地层足够大以包含电源电路中的所有组件。这将为 EMI 问题增加另一层保护。
在您的电路板设计中创建最佳 PCB接地技术需要您进行大量工作，但幸运的是，PCB设计 CAD 工具中的许多实用程序可以提供帮助。
设计规则和约束，例如在 Allegro 的约束管理器中，可以帮助 PCB接地
如何使用您的设计工具
将最好的 PCB接地技术设计到电路板的 PDN 中将需要许多不同的走线宽度和间距尺寸，以及各种组件间隙规则。除非您使用 CAD 系统的设计规则和约束，否则很难跟踪所有这些值。在上图中，您可以看到如何使用 Cadence 的 Allegro PCB编辑器中的约束管理器为电源网络设置不同的设计规则。以同样的方式，您可以使用约束管理器来设置接地网的走线宽度和间距以及用于放置零件的组件到组件间隙值。此类功能可帮助您避免因电源走线太窄或空间不符合正确爬电距离和间隙要求而导致的潜在问题。