电子说
作者: 黄思勇,来源:韬略科技EMC
一、前言
随着科技技术的发展,产品往越来越小,功能越来越齐全的方向发展;这也意味着设计的PCB板的面积越来越小,器件与走线越来越复杂,从而引发出更多的电磁辐射的问题。同时由于PCB板上的面积越来越小,其上面的地的面积也逐渐被走线跟器件占领;有些人认为PCB设计的时候时可以不需要“地平面”的,尤其是在一些比较宽松的环境下没有地平面,板子也能够很好的工作,更何况狭窄环境下的PCB板,就更不会做一个完整的地平面。下面为大家简单阐述一下地平面的意义与重要性。
二、什么是地平面
图1 地的电气符号
“地”不是大地,它一般是指参考平面(零电位点)或者是回路流径;一条条地线如同小洼地,电流就可以看成是河流,如果河流灌入小洼地,会导致泛滥成灾,但如果一个个小洼地形成一个大湖泊,那么河水灌入时,湖平面基本巍然不动。这就是为什么高速电路板设计时一般要用专门一层做地线,这一层就叫做“地平面”。
图2 地线层
三、地平面的完整性
“地平面”是否完整,要看连通程度(是指电流)。我们希望这个“地”不应该与其它元器件之间有电压差,所以想它越大越好,越完整越好(这样电阻最小);图3中虽然地是一大片,但他们只是通过比较细小的通路连接,即连接点通流量较小,阻抗容易不匹配,会产生电压差来产生噪声或影响信号。
图3 铺地
对于导通孔密集的区域,要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接,形成对平面层的分割,从而破坏平面层的完整性,并进而导致信号线在地层的回路面积增大。
图4 过孔
四、完整地平面的好处
(1)电压返回,减小环路:拥有完整的地平面可以通过接地平面的方式,来减少地线布线,降低回路阻抗,降低返回电流变化引起的噪声,在整个板子上也会有更均匀的接地电压(低阻抗意味着较低的压降)。
(2) 减小电源噪声:电源平面相邻的地平面会形成“板间电容”,为整个电路板增加了一些分布式电源电容,起到一定的去耦作用。
图5 多层板“板间电容”去耦
(3)信号完整性与抗干扰:信号提供较稳定的参考电平和低电感的信号回路,使所有信号线具有确定的阻抗值;常规信号也需要返回,对于高速设计,在地面上有清晰的返回路径非常重要。如果没有这种清晰的返回路径,这些信号会对PCB的其余部分产生很大的干扰。
图6 信号回流
五、总结
不仅仅对于EMC,在电路设计与功能上,PCB上添加完整地平面来接地是一种简单、低成本、高效的方法来设计具有更好信号完整性、更高精度和更强抗干扰性的电子产品。因此在设计PCB的时候应尽可能使用多层板,规划好一个完整的地平面,养成使用接地平面的习惯。
审核编辑 黄宇
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