接地設(shè)計規(guī)范與指南2023/4/30第1頁PCB的接地設(shè)計眭詩菊范大祥編制PCB的接地設(shè)計要求PCB的接地設(shè)計，首先應(yīng)根據(jù)設(shè)備系統(tǒng)總的接地設(shè)計方案，如：單板上的保護地、屏蔽地、工作地（包括數(shù)字地和模擬地）等如何與背板連接，背板上的這些地又如何與系統(tǒng)的各種地匯接，在PCB上落實系統(tǒng)接地方案對PCB板的接地設(shè)計要求。2023/4/30第2頁工作地工作地——信號回路的電位基準(zhǔn)點（直流電源的負(fù)極或零伏點），在單板上可分為數(shù)字地GNDD與模擬地GNDA。數(shù)字地連接數(shù)字元器件接地端，模擬地連接模擬元器件接地端。2023/4/30第3頁理想的工作地是電路參考點的等電位平面。但在實際的設(shè)計中，工作地被作為信號電流的低阻抗回路和電源的供電回路。這樣就會產(chǎn)生常遇到的三個問題：共模干擾、信號串?dāng)_和幅射。共模干擾電壓所有的導(dǎo)體都具有一定的阻抗，電流流經(jīng)地時，同樣會產(chǎn)生壓降。流經(jīng)工作地中的電流主要來自兩個方面，一是信號的回流；另一個是電源的電流需要沿工作地返回。下圖表示了典型的信號和電源共地邏輯電路PCB上共模電壓的產(chǎn)生。其中，Vnoise是電流流經(jīng)工作地時產(chǎn)生的共模噪聲電壓。2023/4/30第4頁串?dāng)_PCB上相鄰的印制線之間存在互感和耦合電容，當(dāng)信號電壓或電流隨時間快速變化時,會對周圍的信號產(chǎn)生不可忽視的串?dāng)_。圖（a）是串?dāng)_的等效電路。圖（b）是集總參數(shù)下串?dāng)_（Crosstalk）與線間距D和印制線離地平面（參考平面）高度H之間的關(guān)系。2023/4/30第5頁輻射與干擾PCB上的快速變化的電流回路，其作用相當(dāng)于小回路天線，它會向外進行電磁場幅射。圖（a），屬于差模輻射方式。幅射的電場強度與回路中電流的大小Io、回路的面積A、電流的頻率的二次方成正比。同理，PCB上的信號回路（小回路天線）也會接收周圍快速變化的電磁場，而產(chǎn)生干擾電流。如圖（b），當(dāng)出入PCB的電纜上存在共模電流時，會產(chǎn)生共模幅射。幅射的電場強度與共模電流的大小、共模電流的頻率、線的長度成正比。同時，它也會對PCB上的電路產(chǎn)生共模干擾。2023/4/30第6頁PCB接地設(shè)計原則共模干擾、串?dāng)_和幅射干擾都與PCB的接地設(shè)計有密切的關(guān)系。一個好的設(shè)計可以有效控制信號回路的阻抗和回路面積，以及干擾電流的幅度。2023/4/30第7頁確定高di/dt、高dv/dt電路（產(chǎn)生輻射）

PCB設(shè)計開始時，首先要確定電路中可能的干擾源。一般是高di/dt、高dv/dt電路，如：時鐘、總線緩沖器/驅(qū)動器、高功率振蕩器。在PCB布局、布線和檢查時對它們給予特別關(guān)注。確定敏感電路（易受干擾）確定電路中易受干擾的敏感電路，如：低電平模擬電路，高速數(shù)據(jù)和時鐘。在設(shè)計時注意隔離和保護。PCB接地設(shè)計原則（續(xù)）最小化地電感和信號回路信號線應(yīng)該盡量短，信號回路面積盡量小。對速度較高的電路應(yīng)用有地平面的多層板。關(guān)鍵電路包括器件和走線，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離板的邊緣。板的邊緣存在較強的干擾場。2023/4/30第8頁地平面分割與不分割的合理應(yīng)用對于混合電路，若數(shù)字地與模擬地分割，不會出現(xiàn)或能夠很好解決信號跨越和信號回路的問題，可以采用分割。否則，建議采用“分區(qū)但不分割”的方法。即：局部和布線時嚴(yán)格區(qū)分?jǐn)?shù)字與模擬區(qū)域，避免數(shù)字信號與模擬信號出現(xiàn)公共回流路徑。但地層并不分割開。避免信號跨越而形成大的信號回路。PCB接地設(shè)計原則（續(xù)）接口地保持“干凈”，使噪聲無法通過耦合出入系統(tǒng)出入PCB板信號，特別是通過電纜連接的信號易將噪聲耦合出入系統(tǒng)，注意保持I/O地不受到共模干擾。接口部分的電源地盡量采用平面。2023/4/30第9頁電路合理分區(qū)，控制不同模塊之間的共模電流對于純數(shù)字電路，應(yīng)該注意按電路工作速率高、中、低以及I/O

進行分區(qū)。以減少電路模塊之間的共模電流。貫徹系統(tǒng)的接地方案

PCB上的接地設(shè)計，應(yīng)該符合設(shè)備系統(tǒng)的總接地方案。特別是單板、背板，以及與機框機架需要搭接的地方，PCB上應(yīng)該備有系統(tǒng)要求的安裝孔、噴錫或采用其它鍍層的導(dǎo)電接觸面。雙面板接地設(shè)計梳形電源、地結(jié)構(gòu)2023/4/30第10頁*任何電路都不宜直接采用梳形的地結(jié)構(gòu)，由圖可以看出信號的回流都必須折回根部，回路面積大。但只要對較重要的信號加以地保護，布線完成之后將空的地方都敷上地銅皮，并用多個過孔將兩層的地連接在一起，這個缺陷可以得到彌補。這種結(jié)構(gòu)只適用于低速電路，PCB上信號的走向較單一，而且走線密度較低的情況。雙面板接地設(shè)計（續(xù)）柵格形地結(jié)構(gòu)2023/4/30第11頁*柵格形地結(jié)構(gòu)，電源和地分別從PCB的頂層和底層，以正交方式引出，在電源和地交叉處放置去耦電容，電容的兩端分別接電源和地。*與梳形比較，柵格形地結(jié)構(gòu)信號回路較小。柵格形地結(jié)構(gòu)適用于低速的CMOS和普通的TTL電路，但應(yīng)該注意對較高速的信號加足夠的地保護，使回路面積和回流路徑的電感達到最小。多層板的接地設(shè)計有完整地平面的多層板之優(yōu)點2023/4/30第12頁(1)信號提供較穩(wěn)定的參考電平和低電感的信號回路，使所有信號線具有確定的阻抗值；(2)為電路提供低電感的工作電源供電；(3)可以控制信號間的串?dāng)_。多層板的接地設(shè)計（續(xù)）信號回流2023/4/30第13頁當(dāng)信號的頻率較低時,信號的回流主要沿最低電阻路徑，即幾何最短路徑,如圖（a）。當(dāng)信號達到一定頻率（F>1KHz）時,信號的回流集中沿最低電感路徑，如圖（b），返回電流主要沿印制線的下方回流。圖中的虛線表示信號的回流。信號頻率較高時的回流分布多層板的接地設(shè)計（續(xù)）信號回路的構(gòu)成2023/4/30第14頁頻率較高時，不論信號緊靠的是電源平面還是地網(wǎng)絡(luò)平面，信號的返回電流總是沿緊靠的參考平面回流。多層板的接地設(shè)計（續(xù)）由回路的構(gòu)成可以得出：1）回路的構(gòu)成上，電源平面與地網(wǎng)絡(luò)平面同樣重要；2）濾波電容不僅起平滑電源、為電源去耦的作用。它還在信號回路中起橋梁作用；3）應(yīng)該糾正所有信號只能從地回流、電源平面不重要的片面觀點。2023/4/30第15頁VCCGNDGND無損耗傳輸線等效電路多層板的接地設(shè)計（續(xù)）參考平面被分割的影響2023/4/30第16頁等效設(shè)計人員常犯的錯誤是，認(rèn)為時鐘信號很重要，所以要把它走在地網(wǎng)絡(luò)平面上，如左圖。如此會帶來以下問題：（1）若該地網(wǎng)絡(luò)平面相鄰的不是另一地平面，時鐘信號線離地平面較遠(yuǎn)，中間還有信號層，造成時鐘信號線本身的阻抗難以控制，造成信號完整性問題；（2）由于時鐘信號線走在地網(wǎng)絡(luò)平面上會造成平面被分割，使分割帶之上的信號回路必須繞分割帶，回路面積增大。當(dāng)分割帶之上的信號線較多時，累積的大信號回路產(chǎn)生的EMI將不可忽視。多層板的接地設(shè)計（續(xù)）參考平面上隔離盤尺寸過大的影響2023/4/30第17頁走線時，將信號過孔密集地整齊排列會在參考平面上產(chǎn)生開槽的效果信號層電源地平面多層板的接地設(shè)計（續(xù)）參考平面的設(shè)計在實際的設(shè)計中，完全禁止平面分割是不現(xiàn)實和不經(jīng)濟的。例如：⑴芯片的低功耗化和單板功能的復(fù)雜化，有時一個PCB板上會有三種以上的工作電源，安排每種電源一層是不合適的，可把幾種不同的電源安排在同一層面上，這樣，一個層面就被不同的電源網(wǎng)絡(luò)所分割。⑵為了避免不同的電路之間的干擾，不同的電路設(shè)置不同的地平面，這樣，一個層面就被不同的地平面所分割。對于數(shù)?；旌想娐?，根據(jù)單板電路的具體情況，可采用以下三種方式：分割；分割+橋接；分區(qū)但不分割。2023/4/30第18頁分割--適用于數(shù)字電路與模擬電路之間沒有信號聯(lián)系布局時將數(shù)字電路和模擬電路分開，器件排列盡量緊湊，布線時避免數(shù)字電路的信號跨越模擬電路區(qū)域，避免模擬電路的信號跨越數(shù)字電路區(qū)域。兩個區(qū)域隔離足夠的距離。數(shù)字地與模擬地分割，然后在插座處單點連接，見左圖。這樣能最大限度地抑制數(shù)字電路對模擬電路的干擾。多層板的接地設(shè)計（續(xù)）分割+橋接--適用于數(shù)字電路與模擬電路之間聯(lián)系的信號線較少且集中2023/4/30第19頁分區(qū)但不分割--適用于數(shù)字電路與模擬電路之間聯(lián)系的信號線較多且難以集中在一塊將數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)布局，布線時避免數(shù)字電路內(nèi)部的信號跨越模擬電路區(qū)域，避免模擬電路內(nèi)部的信號跨越數(shù)字電路區(qū)域。地層并不分割，是一完整的層面，保證兩個電路之間聯(lián)系的信號有最小的信號回路。多層板的接地設(shè)計（續(xù)）信號回路的橋接當(dāng)較重要的信號不得不跨越參考平面時，可以采用以下的橋接方法：

（1）

跨線橋接（2）電容橋接2023/4/30第20頁跨線橋接適用于信號跨越后，又能回到原來的參考平面上。線橋走在信號層，并且走線盡量地寬。當(dāng)信號跨越分割后回不到原參考平面上時，可以在信號跨越處增加一個（或多個）0.01uF至1uF的電容為信號提供回路。這種用途的電容常被形象地稱為StichingCapacitor。橋接電容應(yīng)盡量靠近（小于200mil，小于80mil時效果更佳）要保護的信號線，每個電容所保護的信號線不超過5根。如圖，電容的兩端分別接平面各自對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。多層板開的接地爭設(shè)計（續(xù)）參考平缸面的處影理（1）電徒源平面殃緊靠地判平面勇（僅限掉于高頻膚電路）當(dāng)電路的損工作頻率現(xiàn)很高（如巷：大于100M單Hz）時，鳥電源平濾面應(yīng)該頃緊靠地茂平面，哪這樣可知以最大寬化電源棄平面與尚地平面劣的電容醋耦合，滿降低電赴源的噪扭聲。（2）多個地碑平面用犬過孔相踐連當(dāng)PCB中有多鼓個地平符面層時暢，應(yīng)該番在板上勺用較多稅分散的劃過孔將泊地平面豈連接在頃一起，犯特別在近信號集竄中換層際的地方己，以便醬為換層館的信號招提供較屑短回路僑和降低專輻射。煌如圖在楚平面的渡周用過昆孔將地依平面連秧接在一舅起，可號以有效雜的降低PCB對外的像輻射。202而3/4戰(zhàn)/25第21頁多層板的購接地設(shè)計（續(xù)）參考平沫面的處株理（續(xù)苦）（3）條夢件允許恢時，采扛用20H原則（4）加地平巷面作為懶信號隔蚊離層當(dāng)信號更層數(shù)多獵需要加禾隔離層梢時，宜召加地平板面作為否隔離層篇，不要壯加電源掠層作為鑄隔離層夏。（5）控制好地平面的叢延伸區(qū)腰域在進行瞞電源地柿平面設(shè)州計時，蠅應(yīng)該控歐制好平祝面的延紙伸區(qū)域委。避免填不同類呼型電路晚的參考解平面交救疊，平滴行的帶愧電平面糞之間存鈔在電容干耦合。泛見圖，就模擬電如源平面Ana碑log減P和數(shù)字愛地平面Dig域ita仔l(wèi)G之間會相枯互耦合。焦見等效電綢路。202管3/4穿/25第22頁在實施20H原則時羽，應(yīng)該纏優(yōu)先滿爐足信號梁的回路吊最小，除信號阻司抗連續(xù)灘。即，他縮進電隨源平面均時，若緞相鄰的溫信號層踢在電源南平面邊扇緣有走駝線，可庭以在此杜范圍內(nèi)燦不考慮20H原則，摟確保信械號不跨障越，而隨且電源且平面的源邊緣應(yīng)批該延伸荒出信號叔線位置首。多層板宜的接地其設(shè)計（續(xù)）PCB的疊層英設(shè)計PCB的疊層設(shè)汪計不是層部的簡單堆廢疊，地層下的安排是握關(guān)鍵，它親與信號的疾安排和走挺向有密切野的關(guān)系。桿一般應(yīng)按扁以下原則受進行疊層斧設(shè)計：（1）滿足信孩號的特畢征阻抗和要求（2）滿足信號握回路最小肺化原則（3）滿足最屈小化PCB內(nèi)的信谷號干擾沿要求（4）滿足對稱范原則202川3/4臟/25第23頁多層板的瞧接地設(shè)計（續(xù)）PCB的疊層悉設(shè)計舉爆例2023向/4/2承5第24頁四層板六層板八層板十層板后背板魄的接地客設(shè)計對于有取后背板皂的大型設(shè)坡備，在知功能單階板上，浸各種接編地母線鴨或接地帥平面在石插座處框匯合后湯經(jīng)過后皺背板接英到工作秩地和工菠作地匯宮流條。丹保護地楚通過后淹背板接凈到保護管地匯流脖條。-48V地通過后思背板接到-48V地匯流社條。如叉果-48V電源與5V或12V電源有共旱地的要求工（如用戶秋板），-48V地與工童作地在畝后背板準(zhǔn)上（靠艦近-48撐V電源輸入床插座位置滅）相連。飾否則，-48廈V地匯流叢條與工恥作地匯哨流條在輕接地螺什絲處相林連。靜排電防護激與屏蔽寫地通過舅固定螺助絲與機有殼良好點搭接。202青3/4貓/25第25頁有金屬外串殼器件/模塊的接昆地設(shè)計⑴具有金屬榨外殼的接省插件，其獵金屬外殼撿應(yīng)與接地岡的機殼或熔底板緊密衰相連。⑵印制摔板（雙層鄭板）在靠狐近接插件戴的部位，劑模擬地線啦、數(shù)字地穩(wěn)線、功率發(fā)地線、繼齒電器地線考、低電平圣電路地疾線、-48聰V地線應(yīng)合禽并為大面弟積地線。⑶印如制板（善多層板姓）的模哲擬接地面、數(shù)字接地面、功率接地面、繼電器接地面、低電平電夸路接地面貢、-48秘V接地面要保持完產(chǎn)整，在靠腎近接插件跨的部位要喚多點相連。⑷對澆于有金比屬外殼環(huán)的小型驅(qū)設(shè)備，詠印制板腐的地線仍或接地纏面應(yīng)通棵過固定換螺絲多摩點接外巖殼，且霉在靠近禁接插件宰的部位起適當(dāng)增砍加固定導(dǎo)螺絲?；\其他與珍接插件艘相連的無部件的禽接地端訓(xùn)也應(yīng)就攜近接外優(yōu)殼。2023巡壽/4/2茫5第26頁PCB的布局設(shè)脊計布局設(shè)棒計是PCB接地設(shè)計兄的關(guān)鍵步啟驟之一，庸布局時應(yīng)維考慮電路齡的功能模劃分，關(guān)充鍵信號的異走向，布乖通率等因云素。2023用/4/2軋5第27頁混合電置路的分柿區(qū)數(shù)字電路腿和模擬電點路分區(qū)布鳥置，數(shù)字火部分和模只擬部分單穴點接地。摸見圖（b），圖中咽的“GND督REF”選擇在單惹板的緊靠皂插座的位競置。池布局被時應(yīng)該將倘數(shù)字電路椅和模擬電辭路分開，等各部分內(nèi)寇器件排列枯盡量緊湊貴，預(yù)留出權(quán)足夠的隔勇離空間。數(shù)字電路鵝的分區(qū)數(shù)字電路廈必要時應(yīng)頓該根據(jù)速第率高、中乓、低速、I/O電路分周區(qū)。以述減少高攝速電路燙對其它挨部分的三干擾。網(wǎng)左圖為浸處理器硬電路的擔(dān)分區(qū)。PCB的布局篇設(shè)計（續(xù)）高頻高所速電路貧和敏感狐電路的車布局2023拋/4/2零5第28頁高頻高婆速電路趴和敏感姐電路內(nèi)孝部的布外局盡量乞緊湊，蜜最小化盞敏感信紙?zhí)柣芈范挕８哳l蘇高速電抖路和敏咬感電路楊之間的裁布局盡弦量隔離刪，以減壤少高頻濁高速電搞路對敏拿感電路黃的干擾層。晶振六與時鐘植分發(fā)、踩倍頻器榜、驅(qū)動友、串阻鏈應(yīng)盡量佛集中在禮一起，宏并遠(yuǎn)離光高速CPU、高速仗信號、I/O電路、無界關(guān)的敏感沙電路、PCB邊緣。保護器件槐的布局在印制猶版上，取雷擊浪今涌保護俗器件應(yīng)陷盡可能唉靠近插據(jù)座或印貓制板的疊邊緣，皂保護地腸應(yīng)盡可燦能粗、員短且均派勻，保索護地除征了與保睬護器件莊相連以蒸外不能慌與其它衫元器件悄和其它堡地線相緣瑞連，保過護地與球其它焊揀盤、走們線應(yīng)隔洪離足夠坦距離。PCB的布局計設(shè)計（續(xù)）端接器浪件的放正置2023漏/4/2注5第29頁連接器的躲安排由于連接叨器的信號猜出入PCB時，容易左出現(xiàn)共模識干擾問題款，在安排做連接器位庭置時，應(yīng)眠該避免I/O信號貫穿PCB的長邊給方向流捷動。I/O濾波器沈與變壓活器的放格置大電流器蛙件的放置I/O濾波器觸與變壓腐器應(yīng)該鑒非?？勘芙麵/O連接器聽，以免I/O信號再緊次被干凝擾。大電流器內(nèi)件應(yīng)靠近都電源，遠(yuǎn)駱離I/O連接器講，減小析回流距版離和對撈其它信吳號線的著耦合。PCB的布局暢設(shè)計（續(xù)）去耦電容貍的放置2023事/4/2牽5第30頁與后背板簽相連的插幕座上地線膜插針的設(shè)形計器件的布揪局應(yīng)該符晶合公司的但工藝要求PCB的布線設(shè)題計（1）地線應(yīng)治該盡量耀寬，使侵其有足順夠的電盲流承載鋪能力和良最小化屋的電感辭。202紹3/4毫/25第31頁（2）高速信號表線不要在柄分割區(qū)上萍跨越，不牙要在無關(guān)豬的參考平挽面上方穿陽行。（3）3W原則PCB的布線設(shè)哭計（續(xù)）2023餃/4/2渴5第32頁（4）保護線鍛（Guar師dTr照ace）在模擬電寬路和射頻以電路設(shè)計泡，以及沒棉有電源地顛平面的雙犁面板中，件常常用保從護線來對止關(guān)鍵信號茄進行保護報，使其免助受其它信聲號的串?dāng)_蟲。如圖31，一般粱保護線據(jù)連接地樸網(wǎng)絡(luò)，筆并在線份的兩端呆與地相鉗接。頻豪率很高拔時，保往護線上暖用多個車過孔接陷地，過冒孔之間守的距離悠應(yīng)小于仍板上最番高頻率吩所對應(yīng)魔波長（λ）的1/2娃0。對于有呈完整地平銳面的數(shù)字愧電路，一鐮般可以不嚴(yán)用保護線頃，若有空寨間足以插很入保護線踏（即信號趙線間距大吃于3倍線寬）疲，則地平汗面已經(jīng)能輔夠有足夠便的保護作鍛用。（5）所有高精頻信號堅或敏感攜信號必?zé)掜毦o靠僅完整的勺參考平近面所有高頻刻信號或敏省感信號必禿須緊靠完怒整的參考謎平面，以泳保證其最骨小化的信貿(mào)號回路和拍連續(xù)的阻帝抗。以減竄小信號的喝反射和輻完射，提高趙信號的穩(wěn)病定性。（6）高頻信號腎或敏感信蒼號應(yīng)避免夕太多的過爐孔RAMB茶US有無過么孔的區(qū)替別PCB的布線設(shè)倚計（續(xù)）2023備/4/2區(qū)5第33頁（7）I/O信號避緩開高速戀和高di/流dt信號等干似擾源。連里接器上應(yīng)策該安排足覆夠的接地雀管腳。（8）高速信號濕的走線不細(xì)應(yīng)該出現(xiàn)遣銳角和直臂角。1GH障z以上的信陽號應(yīng)該盡爸量使用圓蜘弧走線。（9）為了減少蕩高頻信號食的輻射和伙干擾，高御頻信號盡題量安排在搶內(nèi)層。當(dāng)株走線的長各度大于信箭號頻率所匪對應(yīng)波長嗽（λ）的1/20時必須走炮內(nèi)層。λ簡單的也估算如形下：100M治Hz的λ/2牙0為150五mm，300狐MHz的λ/20為50m探m。（10）差分對應(yīng)輝平行等距贏等時延走匹線，保持渴對稱，使癢電路對共絨模干擾有掉良好的抑勞制。（11）金屬殼體且的高頻器平件下應(yīng)該廳敷地平面趣，用多個扭過孔與地藥平面連接職。該敷地牧平面噴錫鏈，不要蓋