现代的PCB设计中,关于地的设计都千姿百态

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编者注:好久没发技术文章了,这两天一直在酝酿要写些什么,刚好前一段时间有朋友问到的这个问题,就此写一下自己的看法。

现代的PCB设计中,关于地的设计都千姿百态。各种地都有,一些安全电压电路PCB板上地有多达7、8种的分类,让人叹为观止。

地的设计作为EMC设计中的一大重要设计,必须以系统的观点来全盘设计。许多工程师只管自己的一亩三分地,结果是不言而预的。

今天聊的这个话题是比较特殊的一种设计。过去的低速系统中,在双层板状态下,做不到满铺地的设计,就会采用垂直交叉的地网格设计。

早期的网格因走线需要,间距可能会很大,这个因叠层的关系是没有办法的办法。

现代设计中一些工程师在多层板设计中,会将地平面做成网格状,然后就会有不明真相的观众在询问,网格状与平面到底有啥区别?为什么要这么做?

今天我们就把老外的研究拿来跟大家分享。先上图看一下地网格长啥样子。


        喏,就长这样子,像一个地笼一样,是早期地设计的看家法宝。在高速设计里当这个间距很小时,比如只有几个mil时就形成了一个一个的小凹坑或者看起来像小凸台。地的设计作为信号回流的一个重要路径,EMC设计讲究低阻抗回流路径,所以地网格因其不连续,阻抗会随着频率变化,所以必须注意这一点。下图这个大杀器。

网格


        图中可以看到网格间距最大,形成的感抗越大,导致阻抗变大,在高频领域这是很吓人的。图中给了一个参考值,地网格间距不超过13mm。不过,我还是觉得太大了,分分钟挂死的节奏。

回到我的最开始问题,我的朋友关心如果这个间距只有1mm(40mil),跟一个整平面相比有什么区别?从上图来看,明显感抗大于平面,且不是一个量级的。即地平面一定优于地网格。我们再看一下具体的不同频率下的阻抗值,如下图(地平面铜厚1盎司;走线铜厚也是1盎司,线长10mm,线宽1mm)。

网格

从上图中更能看出这个阻抗的差距,牢记低阻抗回流路径这一核心设计理念。上图的仿真计算结果不包含其他的寄生参数。

最后,请朋友们记得,A哥永远说:

地的PCB平面设计是王道,地平面少分割,尽量统一,能平面则平面,少走线,映像参考平面是保证信号正常回流的第一选择。

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