接地設(shè)計規(guī)范與指南PCB的接地設(shè)計眭詩菊范大祥編制4/30/20231PCB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(hù)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。4/30/20232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。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。4/30/20233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。4/30/20234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。4/30/20235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(jìn)行電磁場幅射。圖（a），屬于差模輻射方式。幅射的電場強(qiáng)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(qiáng)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。4/30/20236PCB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。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(hù)。4/30/20237PCB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(qiáng)的干擾場。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。4/30/20238PCB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。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(jìn)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(jī)框機(jī)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。4/30/20239雙面板接地設(shè)計梳形電源、地結(jié)構(gòu)*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(hù)，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(bǔ)。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。4/30/202310雙面板接地設(shè)計（續(xù)）柵格形地結(jié)構(gòu)*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(hù)，使回路面積和回流路徑的電感達(dá)到最小。4/30/202311多層板的接地設(shè)計有完整地平面的多層板之優(yōu)點(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)_。4/30/202312多層板的接地設(shè)計（續(xù)）信號回流當(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(dá)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4/30/202313多層板的接地設(shè)計（續(xù)）信號回路的構(gòu)成頻率較高時，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。4/30/202314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。VCCGNDGND無損耗傳輸線等效電路4/30/202315多層板的接地設(shè)計（續(xù)）參考平面被分割的影響等效設(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。4/30/202316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4/30/202317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(jì)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。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。4/30/202318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。4/30/202319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(hù)的信號線，每個電容所保護(hù)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)。4/30/202320多層板的芽接地設(shè)計（續(xù)）參考平訊面的處杰理（1）劇電源叔平面緊寶靠地平公面（夾僅限于片高頻電灣路）當(dāng)電路的爺工作頻率寶很高（如懸：大于1敬00MH岔z）時，購電源平面師應(yīng)該緊靠翠地平面，橡這樣可以金最大化電倒源平面與護(hù)地平面的迅電容耦合梁，降低電鴿源的噪聲烈。（2）多個地平鍵面用過孔駕相連當(dāng)PC熟B中有養(yǎng)多個地喉平面層裁時，應(yīng)漂該在板隆上用較依多分散浩的過孔爹將地平近面連接沙在一起遵，特別槳在信號追集中換積層的地爹方，以角便為換酷層的信超號提供贈較短回她路和降拐低輻射厘。如圖乘在平面湊的周用描過孔將箏地平面別連接在騰一起，栗可以有紙效的降到低PC桿B對外不的輻射冷。4/2姑5/2被02321多層板的增接地設(shè)計（續(xù)）參考平面繁的處理（各續(xù)）（3）誓條件允許總時，采用喂20H原賀則（4）加地平面別作為信號斑隔離層當(dāng)信號啞層數(shù)多爬需要加稅隔離層含時，宜沸加地平很面作為渣隔離層皇，不要商加電源通層作為烏隔離層宿。（5）控制好平翻面的延伸甩區(qū)域在進(jìn)行河電源地桿平面設(shè)翠計時，票應(yīng)該控敲制好平閱面的延晨伸區(qū)域勒。避免口不同類戒型電路梳的參考覽平面交陣疊，平狂行的帶棋電平面謹(jǐn)之間存絡(luò)在電容橡耦合。巡壽見圖，循模擬電嫌源平面珍Ana期log怖P和沖數(shù)字地蘆平面粉Dig揉ita安lG佩之間會陷相互耦籠合。見程等效電門路。在實施禍20H差原則時猜，應(yīng)該蚊優(yōu)先滿盤足信號藥的回路犬最小，召信號阻善抗連續(xù)卻。即，晚縮進(jìn)電嫌源平面大時，若信相鄰的學(xué)信號層京在電源區(qū)平面邊橋緣有走偵線，可祝以在此昌范圍內(nèi)茶不考慮和20H繡原則，歡確保信瘋號不跨邀越，而選且電源敲平面的竊邊緣應(yīng)鋪該延伸響出信號蹄線位置散。4/25詞/202烏322多層板的歷接地設(shè)計（續(xù)）PCB的盞疊層設(shè)計PCB抄的疊層辯設(shè)計不溝是層的水簡單堆辮疊，地擱層的安委排是關(guān)塞鍵，它霜與信號矮的安排舒和走向袖有密切勒的關(guān)系抬。一般票應(yīng)按以他下原則具進(jìn)行疊炒層設(shè)計金：（1）滿足信號膠的特征阻喉抗要求（2）滿足信搜號回路亭最小化情原則（3）滿足最小醬化PCB若內(nèi)的信號鳳干擾要求（4）滿足對鋪稱原則4/2孟5/2乓02323多層板極的接地膚設(shè)計（續(xù)）PCB的廁疊層設(shè)計趟舉例四層板六層板八層板十層板4/2艇5/2索02324后背板栽的接地舟設(shè)計對于有色后背板撞的大型設(shè)備質(zhì)，在功能乞單板上，圾各種接地戶母線或接鄰地平面在此插座處匯蝦合后經(jīng)過涉后背板接唇到工作地啄和工作地虎匯流條。哨保護(hù)地通絲式過后背板帆接到保護(hù)款地匯流條丈。-48細(xì)V地通過括后背板接韻到-48拿V地匯流吸條。如果漆-48V緒電源與5V或12V村電源有共散地的要求鳴（如用戶閱板），-查48V地駁與工作地悄在后背板甲上（靠近纏-48V岸電源輸入飾插座位置黑）相連?？绶駝t，-造48V地享匯流條與超工作地匯籃流條在接師地螺絲處址相連。靜幼電防護(hù)與偽屏蔽地通呀過固定螺傭絲與機(jī)殼齒良好搭接暖。4/2背5/2教02325有金屬華外殼器介件/模流塊的接巨地設(shè)計⑴具有夠金屬外殼易的接插件澇，其金屬猜外殼應(yīng)與維接地的機(jī)線殼或底板號緊密相連凈。⑵印制效板（雙層檢板）在靠辜近接插件瞎的部位，餐模擬地線睜、數(shù)字地構(gòu)線、功率優(yōu)地線、繼撒電器地線嶼、低電平電根路地線、-48植V地線敬應(yīng)合并仗為大面宵積地線雹。⑶印制文板（多層貧板）的模禍擬接地面、數(shù)字接地面、功率接地面、繼電寬器接地面、低電平葡電路接紡地面、-48我V接地面要保持完帽整，在靠扁近接插件景的部位要辦多點相連。⑷對于逢有金屬外摟殼的小型匹設(shè)備，印鞭制板的地周線或接地鵲面應(yīng)通過臭固定螺絲蔥多點接外寶殼，且在趟靠近接插掉件的部位景適當(dāng)增加默固定螺絲搭。其他與技接插件相高連的部件譯的接地端零也應(yīng)就近楊接外殼。4/2巡壽5/2組02326PCB的語布局設(shè)計布局設(shè)仿計是P膏CB接惜地設(shè)計濟(jì)的關(guān)鍵搏步驟之江一，布賊局時應(yīng)犯考慮電梢路的功敲能模劃分，飽關(guān)鍵信頑號的走貼向，布衫通率等信因素。混合電路陷的分區(qū)數(shù)字電路鴨和模擬電費路分區(qū)布斬置，數(shù)字輕部分和模魔擬部分單渴點接地。抬見圖（b斥），圖中研的“GN倘DRE吉F”選擇理在單板的導(dǎo)緊靠插座思的位置。晨布局時應(yīng)稱該將數(shù)字血電路和模甘擬電路分勇開，各部鍋分內(nèi)器件慣排列盡量板緊湊，預(yù)蔬留出足夠到的隔離空住間。數(shù)字電路佛的分區(qū)數(shù)字電菜路必要買時應(yīng)該凈根據(jù)速揚(yáng)率高、撇中、低炊速、I艙/O電小路分區(qū)臭。以減泡少高速扎電路對新其它部鵝分的干腦擾。左簡圖為處疊理器電叢路的分舟區(qū)。4/2僵5/2銷02327PCB偷的布局境設(shè)計（續(xù)）高頻高離速電路徹和敏感箱電路的澡布局高頻高速拒電路和敏油感電路內(nèi)禾部的布局貿(mào)盡量緊湊中，最小化遙敏感信號積回路。高躍頻高速電茄路和敏感宅電路之間本的布局盡婦量隔離，嬸以減少高恥頻高速電訂路對敏感亦電路的干堂擾。晶振餃與時鐘分輪發(fā)、倍頻衰器、驅(qū)動老、串阻應(yīng)盜盡量集中限在一起，蜜并遠(yuǎn)離高認(rèn)速CPU功、高速信雁號、I/贏O電路、架無關(guān)的敏江感電路、斑PCB邊貝緣。保護(hù)器件姻的布局在印制版參上，雷擊肯浪涌保護(hù)丹器件應(yīng)盡飯可能靠近畜插座或印窗制板的邊桿緣，保護(hù)栽地應(yīng)盡可華能粗、短翅且均勻，典保護(hù)地除魯了與保護(hù)窄器件相連軟以外不能疫與其它元底器件和其愈它地線相竟連，保護(hù)梯地與其它伏焊盤、走事線應(yīng)隔離份足夠距離澇。4/2左5/2摸02328PCB杠的布局衫設(shè)計（續(xù)）端接器件采的放置連接器裹的安排由于連看接器的造信號出擠入PC碌B時，吐容易出頭現(xiàn)共模吊干擾問漆題，在彈安排連漲接器位寶置時，膀應(yīng)該避澆免I/白O信號罪貫穿P久CB的志長邊方兵向流動禁。I/O癥濾波器勤與變壓葵器的放蜜置大電流捷器件的卸放置I/O濾校波器與變洞壓器應(yīng)該劣非?？拷鼱tI/O連陶接器，以島免I/O蛇信號再次豬被干擾。大電流器只件應(yīng)靠近像電源，遠(yuǎn)權(quán)離I/O適連接器，美減小回流困距離和對叔其它信號銹線的耦合汁。4/25幸/202賣329PCB的摧布局設(shè)計（續(xù)）去耦電容捷的放置與后背折板相連喉的插座回上地線有插針的攤設(shè)計器件的布佳局應(yīng)該符芳合公司的原工藝要求4/2素5/2娃02330PCB非的布線符設(shè)計（1）地線應(yīng)該五盡量寬，墾使其有足葡夠的電流窩承載能力匹和最小化證的電感。（2）高速信進(jìn)號線不押要在分聽割區(qū)上允跨越，勉不要在順無關(guān)的燙參考平久面上方威穿行。（3）3W原則4/25別/202棗331PCB的尿布線設(shè)計（續(xù)）（4）保護(hù)線辨（G車uar駐dT略rac津e）在模擬電飼路和射頻擠電路設(shè)計夏，以及沒色有電源地籌平面的雙概面板中，勢常常用保適護(hù)線來對風(fēng)關(guān)鍵信號區(qū)進(jìn)行保護(hù)銳，使其免夜受其它信再號的串?dāng)_懶。如圖3語1，一般城保護(hù)線連扎接地網(wǎng)絡(luò)偶，并在線橫的兩端與俱地相接。飽頻率很高吵時，保護(hù)圣線上用多續(xù)個過孔接多地，過孔詠之間的距級離應(yīng)小于柏板上最高誰頻率所對灣應(yīng)波長（善λ）的1充/20。波對于有完饑整地平面逐的數(shù)字電敞路，一般己可以不用仰保護(hù)線，費若有空間勝足以插入浸保護(hù)線（恢即信號線受間距大于描3倍線寬脫），則地逝平面已經(jīng)陽能夠有足水夠的保護(hù)神作用。（5）所有高頻厲信號或敏矛感信號必序須緊靠完意整的參考晴平面所有高頻寨信號或敏溝感信號必辰須緊靠完盛整的參考吐平面，以致保證其最危小化的信劃號回路和梅連續(xù)的阻蔬抗。以減豪小信號的川反射和輻壤射，提高音信號的穩(wěn)對定性。（6）高頻信漠號或敏邀感信號橋應(yīng)避免縮慧太多的蒙過孔RAM摟BUS您有無謠過孔的演區(qū)別4/2答5/2鉆02332PCB躁的布線傾設(shè)計（續(xù)）（7）I/O座信號避傳開高速杜和高d頌i/d叼t信號犯等干擾絨源。連慈接器上編應(yīng)該安論排足夠鳥的接地責(zé)管腳。（8）高速信家號的走花線不應(yīng)款該出現(xiàn)糠銳角和嗚直角。瞞1GH誼z以上葵的信號爛應(yīng)該盡率量使用據(jù)圓弧走線。（9）為了減少講高頻信號伴的輻射和追干擾，高落頻信號盡統(tǒng)量安排在堡內(nèi)層。當(dāng)曲走線的長有度大于信糕號頻率所臺對應(yīng)波長笛（λ）的仗1/20筍時必須走藍(lán)內(nèi)層。λ簡單的柳估算如削下：1場00M況Hz希的λ/懶20遵為15掃0mm撓，30匠0MH售z的啦λ/2壟0為辱50m剛m。（10眾）差分對應(yīng)禾平行等距累等時延走無線，保持翠對稱，使奏電路對共咐模干擾有嫂良好的抑園制。（11娘）金屬殼體膀的高頻器糟件下應(yīng)該娃敷地平面置，用多個帥過孔與地宋平面連接樹。該敷地讓平面噴錫姿，不要蓋施綠油。4/25筆/202們333案例1ESD試撕驗單板復(fù)魚位4/2