PCB接地技术真的很重要吗？

尽管我设计的某些第一块板并不是要制造的，但它们仍需要正确的接地技术以确保电源和信号的完整性。我很快了解到，除非我想花费数小时来尝试诊断神秘的信号完整性问题，否则在设计PCB时需要考虑接地策略。实际上，接地是电路板性能的主要决定因素，而不仅仅是将返回信号路由到接地点或实现特定的拓扑。通过遵循正确的PCB接地技术，可以最大程度地降低损坏PCB板的可能性。电源完整性 和 信号完整性。但是，在讨论确保适当接地的最佳策略之前，我们应该解决一下PCB接地技术的实际含义以及它们对PCB开发的重要性。

什么是PCB接地技术？

接地技术通常可分为两个领域：

l在层堆栈中放置电源平面和接地平面。

l布置组件以提供短而可靠的接地返回路径。

这些区域中的第一个非常重要，因为层数 多层PCB继续增加；信号，电源和接地层的布置对信号完整性和电源完整性有重要影响。即使有两层PCB；尽管很困难，但是最好将一层专用于坚固的接地层，以便在可能的情况下最小化整个电路板上的环路面积。

这两个点中的第二个与第一个点直接相关，因为您将需要放置接地层，以便最小化电路板上信号的环路面积。有一些简单易制造的东西优化的叠层 这将帮助您满足这两个要求。

PCB接地技术和堆叠

在多层PCB中，您的叠层构成了设备的基础，因此选择正确的电源层，接地层和信号层至关重要。大多数不注重成本的设计人员通常不会在板上创建四层或六层的堆叠，而这些设计师不会创建极其复杂的设备，或者未使用HDI设计技术。

在这些低层板中， 叠起您选择的选择可能会对信号完整性产生重大影响。您的接地层布置也会影响您的布线选择，因为某些层将被电源和接地层占用。对于四层板，通常的做法是在内部两层中放置电源和接地层，而表面层则用于组件放置和信号布线。

如果您的电路板将被部署在嘈杂的电气环境中，则这种安排也可以颠倒。将电源和接地层放在四层板的外层上，并在其内层上放置信号，这将为您的信号提供自然的屏蔽，使其免受外部EMI干扰。但是，由于噪声电源（例如，以大电流运行的开关电源）的干扰，传导EMI可能仍然存在问题。

使用这些更高层数的板，您可以利用表面层和内部层来路由信号，而无需牺牲地面连接性或屏蔽性。有了足够高的层数，您就可以用一对接地层围绕每个信号层，从而确保信号走线和接地层之间的紧密耦合。确保将这些接地层与通孔相连，并确保根据公差和规格 您的合同制造商（CM）。

最后，您应考虑从电路板返回的电流路径如何到达接地点，以提供一致的接地电位并防止接地环路。如果您要设计一种设备来消耗电池电量，则需要利用机箱接地或中央接地点。这样，您应该将接地平面中的单个点连接到机箱接地点。此外，请勿使用多回路返回电源或并网的外部电源，因为这会造成接地回路。

安排组件以确保正确接地

通常，如果将组件放置在表面层上，则需要将组件放置在接地层正上方的信号层上。这使您可以将返回信号直接路由到地面，并确保走线保持与地面层的紧密耦合。将组件和信号直接放置在接地层上方还可以最大程度地减小环路面积，从而降低对EMI的敏感性。

如果您设计的设备将使用传感器（例如， 物联网设备，您的接地和组件布置策略将变得非常重要。除非您的电路板将连接到数据采集模块或PC，否则您将需要使用一些混合信号设计策略来确保正确的接地。

一些PCB设计人员建议您在同一层上使用两个不同的接地层：一个用于数字组件/信号，另一个用于模拟组件/信号。然后，他们会告诉您用铁氧体磁珠或电容器连接两个接地层。在低速和低信号频率下，您可以避免这种做法而不会引起电源完整性或信号完整性问题。

实际上，鉴于物联网和许多其他设备以较高的开关速度运行，并且信号频率在MHz或更高范围内，因此使用分离式接地层会产生更多 EMI问题比它解决的要多。相反，您应该使用连续的接地层，将其分成数字部分和模拟部分。电源的返回路径应放置在模拟和数字接地层部分之间的桥接器上。

请注意，根据上图，您不应在接地平面上的分割线上布设任何走线。但是，此拆分很有用，因为您可以将混合信号组件（例如ADC或DAC）放置在接地层的间隙上。这种简单的接地层布置易于在低层数的板上制造，并且是混合信号设备的最佳接地选择。

去耦和旁路以确保电源完整性

正确使用去耦和电容器以及正确的接地策略也可以改善整个电路板的电源完整性。将旁路电容器直接从组件上的电源引脚放置到其接地层将抑制电源层中的任何电压波动，从而确保稳定的直流电压到达组件。这就强调了将接地层靠近表面层放置的必要性，因为这可以最大程度地减少与这些电路相关的环路面积。

去耦电容器具有相同的功能，尽管它通常是指直接放置在组件上游的电源和接地层之间的电容器。通过允许这些波动直接传递到接地层，也可以抑制电源电压的波动。当您的电源平面和接地平面完全重叠时，这种方法效果最佳。