本文討論了適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)在PCB設(shè)計(jì)中的重要性。

我不否認(rèn)可以在不使用接地層的情況下設(shè)計(jì)PCB，并且在許多情況下，您可以通過(guò)這種方式創(chuàng)建功能齊全的電路板（或者至少在良好的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)可以發(fā)揮全部功能）。但是接地層是提高性能和預(yù)防問(wèn)題的簡(jiǎn)便方法，我認(rèn)為在少數(shù)情況下使用普通走線進(jìn)行接地連接是一個(gè)好主意。

銅的電阻

原理圖有電線，但是在現(xiàn)實(shí)生活中沒(méi)有電線（除非有人開(kāi)始使用超導(dǎo)體制造PCB ...）。物理互連（包括PCB走線）是低值電阻器。我們經(jīng)常可以忽略此互連電阻的事實(shí)并不意味著它對(duì)電路的功能沒(méi)有影響。在ADI公司發(fā)布的本文檔第8頁(yè)上，作者證明了一條5 cm PCB走線會(huì)在16位ADC生成的數(shù)字化值中引入超過(guò)1 LSb的誤差。

在許多情況下，我們無(wú)法采取很多措施來(lái)減輕信號(hào)走線中電阻的影響：IC和對(duì)電路小型化的渴望通常會(huì)導(dǎo)致布局擁擠，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬走線或最佳組件放置。但是，我們可以通過(guò)使用接地層來(lái)改善總體情況，這可以減小返回路徑的電阻。

減小的返回路徑電阻是將接地層集成到PCB中的根本好處。它減少了由返回電流變化引起的噪聲，并建立了更均勻的接地電壓（因?yàn)楦俚碾娮枰馕吨俚碾妷航德湓诮拥鼐W(wǎng)的物理分離部分之間）。通過(guò)將整個(gè)層接地，并使用過(guò)孔和通孔將所有東西都連接到平面，可以使物理電路更像示意圖中的理想電路。

更小更小

接地層改善了電路的電氣特性，同時(shí)簡(jiǎn)化了布局任務(wù)，并在某些情況下減小了PCB的尺寸。我不會(huì)在這些方面進(jìn)行詳細(xì)介紹，因?yàn)槲艺J(rèn)為它們或多或少是不言自明的。通過(guò)該平面，您可以在任何可以壓入通孔的地方訪問(wèn)接地網(wǎng)，并且與通過(guò)各種雜亂的走線，銅澆注和細(xì)間距IC彎折接地連接相比，壓入通孔要容易得多。

這種改進(jìn)的布線方式可以使您將組件推得更近一些，從而減小電路板的尺寸，但是如果接地層使您失去兩個(gè)組件層之一，也有可能使電路板最終變大（我將再次討論這一點(diǎn)）。

避免接地回路

以我的經(jīng)驗(yàn)，術(shù)語(yǔ)“接地回路”可以指系統(tǒng)受接地電位差影響的任何情況。一個(gè)典型的例子是，兩個(gè)模塊通過(guò)長(zhǎng)電纜連接，并且電纜中的返回電流導(dǎo)致一個(gè)模塊的接地電壓明顯高于另一個(gè)模塊的接地電壓。但是，在此討論中，我指的是接地連接的回路。例如：

如果必須使用單獨(dú)的PCB走線進(jìn)行大量的接地連接，則不難創(chuàng)建如上所示的環(huán)路。如果您已經(jīng)閱讀了有關(guān)互感的文章，那么您就會(huì)知道這種導(dǎo)電回路是良好的磁干擾接收器。

由于CAD軟件不會(huì)阻止您在接地點(diǎn)之間繪制走線，因此接地平面的存在并不能創(chuàng)建接地回路。但是，如果您始終使用過(guò)孔或通孔進(jìn)行接地連接，則問(wèn)題應(yīng)該會(huì)基本消失：通過(guò)將過(guò)孔放到平面上，您就可以直接從組件連接到通過(guò)低阻抗連接到所有其他接地點(diǎn)的接地點(diǎn)點(diǎn)在電路中。

集成式屏蔽

堅(jiān)固的接地層可提供一定程度的保護(hù)，以防止電磁干擾（輻射和接收）。我不會(huì)依靠接地層來(lái)解決您所有的EMI問(wèn)題，尤其是當(dāng)您在電路板的兩面都有組件時(shí)；精心設(shè)計(jì)的導(dǎo)電外殼會(huì)更有效。但是，一點(diǎn)點(diǎn)都可以幫助您，如果您擔(dān)心EMI，那么您還有另一個(gè)理由將接地層納入您的布局。

PCB平面電容器

這不是主要的好處，它僅適用于與電源平面相鄰的接地平面。我認(rèn)為仍然值得一提。用薄的電介質(zhì)將電源層與電源層隔開(kāi)的接地層聽(tīng)起來(lái)很像是一塊平行板電容器，這就是事實(shí)。盡管肯定不會(huì)取代去耦電容器，但這種結(jié)構(gòu)會(huì)在整個(gè)電路板上增加一些分布式電源電容。

實(shí)際障礙

我無(wú)法想象四層PCB沒(méi)有接地層的情況。我想很密集的布局可能需要兩個(gè)內(nèi)部層才能進(jìn)行正常的信號(hào)路由，但是老實(shí)說(shuō)這似乎不太可能：毫無(wú)疑問(wèn)，平面占據(jù)了布線區(qū)域，但是通過(guò)簡(jiǎn)化接地連接，它也減少了布線區(qū)域的數(shù)量，板面積要求。

更為現(xiàn)實(shí)的情況是，由于計(jì)劃或預(yù)算方面的考慮而主張使用兩層板，因此省略了接地層。現(xiàn)在，地平面僅消耗了兩個(gè)PCB層之一。如果這意味著將幾乎所有的走線和元件都擠在一層上，那么包括接地平面真的更好嗎？以我的觀點(diǎn)，是的，最好包括一個(gè)接地層，除非電路如此簡(jiǎn)單，以至于您可以使用組織良好的低阻抗走線來(lái)建立接地連接。但老實(shí)說(shuō)，如果您的空間限制太大，以至于您無(wú)法將電路板做得足夠大，無(wú)法容納底部的接地層和頂部的整潔布局，則應(yīng)使用四層電路板。

這是我前一段時(shí)間設(shè)計(jì)的兩層板的接地層。有時(shí)，您確實(shí)需要第二層作為一些困難連接的逃生路線，但這不是主要問(wèn)題。平面層不一定要100％鋪地。

總結(jié)

在PCB上添加接地層是一種簡(jiǎn)單，低成本，高效的設(shè)計(jì)電子設(shè)備的方法，該電子設(shè)備具有更好的信號(hào)完整性，更高的精度和更大的抗干擾性。如果您不習(xí)慣于合并接地層，請(qǐng)確保在布置下一塊電路板時(shí)牢記這些好處。

原文標(biāo)題：PCB布局技巧和竅門(mén)：盡可能利用地平面

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