设计规范与指南-pcb接地设计

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1、接地设计规范与指南PCB的接地设计眭诗菊范大祥编制7/4/20211PCB的接地设计要求PCB的接地设计，首先应根据设备系统总的接地设计方案，如：单板上的保护地、屏蔽地、工作地（包括数字地和模拟地）等如何与背板连接，背板上的这些地又如何与系统的各种地汇接，在PCB上落实系统接地方案对PCB板的接地设计要求。7/4/20212工作地工作地——信号回路的电位基准点（直流电源的负极或零伏点），在单板上可分为数字地GNDD与模拟地GNDA。数字地连接数字元器件接地端，模拟地连接模拟元器件接地端。理想的工作地是电路参考点的等电位平面。但在实际的设计中，工

2、作地被作为信号电流的低阻抗回路和电源的供电回路。这样就会产生常遇到的三个问题：共模干扰、信号串扰和幅射。7/4/20213共模干扰电压所有的导体都具有一定的阻抗，电流流经地时，同样会产生压降。流经工作地中的电流主要来自两个方面，一是信号的回流；另一个是电源的电流需要沿工作地返回。下图表示了典型的信号和电源共地逻辑电路PCB上共模电压的产生。其中，Vnoise是电流流经工作地时产生的共模噪声电压。7/4/20214串扰PCB上相邻的印制线之间存在互感和耦合电容，当信号电压或电流随时间快速变化时,会对周围的信号产生不可忽视的串扰。图（a）是串扰的等

3、效电路。图（b）是集总参数下串扰（Crosstalk）与线间距D和印制线离地平面（参考平面）高度H之间的关系。7/4/20215辐射与干扰PCB上的快速变化的电流回路，其作用相当于小回路天线，它会向外进行电磁场幅射。图（a），属于差模辐射方式。幅射的电场强度与回路中电流的大小Io、回路的面积A、电流的频率的二次方成正比。同理，PCB上的信号回路（小回路天线）也会接收周围快速变化的电磁场，而产生干扰电流。如图（b），当出入PCB的电缆上存在共模电流时，会产生共模幅射。幅射的电场强度与共模电流的大小、共模电流的频率、线的长度成正比。同时，它也会对P

4、CB上的电路产生共模干扰。7/4/20216PCB接地设计原则共模干扰、串扰和幅射干扰都与PCB的接地设计有密切的关系。一个好的设计可以有效控制信号回路的阻抗和回路面积，以及干扰电流的幅度。确定高di/dt、高dv/dt电路（产生辐射）PCB设计开始时，首先要确定电路中可能的干扰源。一般是高di/dt、高dv/dt电路，如：时钟、总线缓冲器/驱动器、高功率振荡器。在PCB布局、布线和检查时对它们给予特别关注。确定敏感电路（易受干扰）确定电路中易受干扰的敏感电路，如：低电平模拟电路，高速数据和时钟。在设计时注意隔离和保护。7/4/20217PCB

5、接地设计原则（续）最小化地电感和信号回路信号线应该尽量短，信号回路面积尽量小。对速度较高的电路应用有地平面的多层板。关键电路包括器件和走线，应尽量远离板的边缘。板的边缘存在较强的干扰场。地平面分割与不分割的合理应用对于混合电路，若数字地与模拟地分割，不会出现或能够很好解决信号跨越和信号回路的问题，可以采用分割。否则，建议采用“分区但不分割”的方法。即：局部和布线时严格区分数字与模拟区域，避免数字信号与模拟信号出现公共回流路径。但地层并不分割开。避免信号跨越而形成大的信号回路。7/4/20218PCB接地设计原则（续）接口地保持“干净”，使噪声无

6、法通过耦合出入系统出入PCB板信号，特别是通过电缆连接的信号易将噪声耦合出入系统，注意保持I/O地不受到共模干扰。接口部分的电源地尽量采用平面。电路合理分区，控制不同模块之间的共模电流对于纯数字电路，应该注意按电路工作速率高、中、低以及I/O进行分区。以减少电路模块之间的共模电流。贯彻系统的接地方案PCB上的接地设计，应该符合设备系统的总接地方案。特别是单板、背板，以及与机框机架需要搭接的地方，PCB上应该备有系统要求的安装孔、喷锡或采用其它镀层的导电接触面。7/4/20219双面板接地设计梳形电源、地结构*任何电路都不宜直接采用梳形的地结构，

7、由图可以看出信号的回流都必须折回根部，回路面积大。但只要对较重要的信号加以地保护，布线完成之后将空的地方都敷上地铜皮，并用多个过孔将两层的地连接在一起，这个缺陷可以得到弥补。这种结构只适用于低速电路，PCB上信号的走向较单一，而且走线密度较低的情况。7/4/202110双面板接地设计（续）栅格形地结构*栅格形地结构，电源和地分别从PCB的顶层和底层，以正交方式引出，在电源和地交叉处放置去耦电容，电容的两端分别接电源和地。*与梳形比较，栅格形地结构信号回路较小。栅格形地结构适用于低速的CMOS和普通的TTL电路，但应该注意对较高速的信号加足够的地

8、保护，使回路面积和回流路径的电感达到最小。7/4/202111多层板的接地设计有完整地平面的多层板之优点(1)信号提供较稳定的参考电平和低电感的信号回