接地技术在PCB设计中的重要性

本文讨论了适当的接地技术在PCB设计中的重要性。

我不否认可以在不使用接地层的情况下设计PCB，并且在许多情况下，您可以通过这种方式创建功能齐全的电路板（或者至少在良好的环境中运行时可以发挥全部功能）。但是接地层是提高性能和预防问题的简便方法，我认为在少数情况下使用普通走线进行接地连接是一个好主意。

铜的电阻

原理图有电线，但是在现实生活中没有电线（除非有人开始使用超导体制造PCB ...）。物理互连（包括PCB走线）是低值电阻器。我们经常可以忽略此互连电阻的事实并不意味着它对电路的功能没有影响。在ADI公司发布的本文档第8页上，作者证明了一条5 cm PCB走线会在16位ADC生成的数字化值中引入超过1 LSb的误差。

在许多情况下，我们无法采取很多措施来减轻信号走线中电阻的影响：IC和对电路小型化的渴望通常会导致布局拥挤，从而无法实现宽走线或最佳组件放置。但是，我们可以通过使用接地层来改善总体情况，这可以减小返回路径的电阻。

减小的返回路径电阻是将接地层集成到PCB中的根本好处。它减少了由返回电流变化引起的噪声，并建立了更均匀的接地电压（因为更少的电阻意味着更少的电压降落在接地网的物理分离部分之间）。通过将整个层接地，并使用过孔和通孔将所有东西都连接到平面，可以使物理电路更像示意图中的理想电路。

更小更小

接地层改善了电路的电气特性，同时简化了布局任务，并在某些情况下减小了PCB的尺寸。我不会在这些方面进行详细介绍，因为我认为它们或多或少是不言自明的。通过该平面，您可以在任何可以压入通孔的地方访问接地网，并且与通过各种杂乱的走线，铜浇注和细间距IC弯折接地连接相比，压入通孔要容易得多。

这种改进的布线方式可以使您将组件推得更近一些，从而减小电路板的尺寸，但是如果接地层使您失去两个组件层之一，也有可能使电路板最终变大（我将再次讨论这一点）。

避免接地回路

以我的经验，术语“接地回路”可以指系统受接地电位差影响的任何情况。一个典型的例子是，两个模块通过长电缆连接，并且电缆中的返回电流导致一个模块的接地电压明显高于另一个模块的接地电压。但是，在此讨论中，我指的是接地连接的回路。例如：

如果必须使用单独的PCB走线进行大量的接地连接，则不难创建如上所示的环路。如果您已经阅读了有关互感的文章，那么您就会知道这种导电回路是良好的磁干扰接收器。

由于CAD软件不会阻止您在接地点之间绘制走线，因此接地平面的存在并不能创建接地回路。但是，如果您始终使用过孔或通孔进行接地连接，则问题应该会基本消失：通过将过孔放到平面上，您就可以直接从组件连接到通过低阻抗连接到所有其他接地点的接地点点在电路中。

集成式屏蔽

坚固的接地层可提供一定程度的保护，以防止电磁干扰（辐射和接收）。我不会依靠接地层来解决您所有的EMI问题，尤其是当您在电路板的两面都有组件时；精心设计的导电外壳会更有效。但是，一点点都可以帮助您，如果您担心EMI，那么您还有另一个理由将接地层纳入您的布局。

PCB平面电容器

这不是主要的好处，它仅适用于与电源平面相邻的接地平面。我认为仍然值得一提。用薄的电介质将电源层与电源层隔开的接地层听起来很像是一块平行板电容器，这就是事实。尽管肯定不会取代去耦电容器，但这种结构会在整个电路板上增加一些分布式电源电容。

实际障碍

我无法想象四层PCB没有接地层的情况。我想很密集的布局可能需要两个内部层才能进行正常的信号路由，但是老实说这似乎不太可能：毫无疑问，平面占据了布线区域，但是通过简化接地连接，它也减少了布线区域的数量，板面积要求。

更为现实的情况是，由于计划或预算方面的考虑而主张使用两层板，因此省略了接地层。现在，地平面仅消耗了两个PCB层之一。如果这意味着将几乎所有的走线和元件都挤在一层上，那么包括接地平面真的更好吗？以我的观点，是的，最好包括一个接地层，除非电路如此简单，以至于您可以使用组织良好的低阻抗走线来建立接地连接。但老实说，如果您的空间限制太大，以至于您无法将电路板做得足够大，无法容纳底部的接地层和顶部的整洁布局，则应使用四层电路板。

这是我前一段时间设计的两层板的接地层。有时，您确实需要第二层作为一些困难连接的逃生路线，但这不是主要问题。平面层不一定要100％铺地。

总结

在PCB上添加接地层是一种简单，低成本，高效的设计电子设备的方法，该电子设备具有更好的信号完整性，更高的精度和更大的抗干扰性。如果您不习惯于合并接地层，请确保在布置下一块电路板时牢记这些好处。

原文标题：PCB布局技巧和窍门：尽可能利用地平面

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责任编辑：haq