文档介绍：2016-12-28 第1页接地设计规范与指南 PCB 的接地设计眭诗菊范大祥编制 2016-12-28 第2页 PCB 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。 2016-12-28 第3页工作地`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。 2016-12-28 第4页共模干扰电压`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。 2016-12-28 第5页串扰` 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。 2016-12-28 第6页辐射与干扰`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 PCB 上的电路产生共模干扰。 2016-12-28 第7页 PCB 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。 b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。 b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。 2016-12-28 第8页 PCB 接地设计原则(续) b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。 b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。 2016-12-28 第9页 PCB 接地设计原则(续) b接口地保持“干净”,使噪声无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。 b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。 b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。 2016-12-28 第10页双面板接地设计`梳形电源、地结构*任何电路都不宜直接采用梳形的地结构,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。