PCB布局中的單點接地與多點接地

2021-03-26

為印刷電路板提供良好的接地系統可能是PCB布局最重要的方面之一。有數字，模擬，機箱和接地，它們的功能對于電路板的整體性能都很重要。電路板中的接地系統將執行所有工作，從保持穩定的參考電平到為信號和電流提供清晰的返回路徑。 

我們將研究PCB設計中的單點接地與多點接地，以及在下一個布局中連接接地時需要了解的知識。

單點接地與多點接地-哪個？

印刷電路板上可以使用許多不同的接地，最常見的示例之一是混合信號板上的數字接地和模擬接地。接地將需要連接，如何進行取決于您的設計是否需要單點接地或多點接地。讓我們探索這兩種類型。 

單點接地

接地彼此不同的電路板被稱為單點或“星形”接地。這種方法通常用于低頻應用中，并且在板上有一個接地點，這些接地點都綁在一起了。如果是分割接地平面，則數字和模擬接地平面將在分割之間的某一點綁在一起。

多點接地

此接地策略用于以較高頻率工作的電路板。并非每個接地電路在一個平面上最終在一個點上相互連接在一起，而是將所有接地電路共享在同一平面上。不同的電路都通過低阻抗連接連接到一個參考接地層?？s短的連接有助于降低在較高頻率下可能產生的EMI。

單點接地系統在較低頻率下運行效果更好，而多點接地系統在較高頻率下運行效果更好。在許多情況下，電路板的供電網絡中存在單點接地和多點接地的混合情況。但是，必須牢記接地系統如何連接的一些重要點，以避免出現問題，我們將在接下來的內容中進行介紹。

拆分平面在電路板上設置。

接地平面配置不正確的問題

如果所有返回電流都流經單點，則單點接地系統可能會產生問題。這會干擾整個接地平面中高頻電流的正常流動，進而輻射EMI。在許多情況下，不同的電路最好共享接地層，并在電路板的另一層上提供不同的返回路徑。保持信號靠近其返回路徑也很重要，以減少它們將引起的磁環路。

分離平面的另一個問題是，它可能導致接地電流環路。通過嵌入跡線或拆分平面，您可能會阻塞返回路徑并無意間創建了循環。最好保持接地平面完整，并避免形成會阻塞返回路徑的情況，例如過孔，槽或其他平面障礙物的高密度區域。如果要有單獨的數字和模擬接地層，通常建議將它們放在電路板的不同層上，并且不要重疊，以幫助最大程度地減小兩者之間的電容耦合。

在PCB設計中，通常要查看電路板上所有未布線的網絡，并在您的工作流程中將走線布線置于最高優先級。但是，實際上，每個信號都有一個返回路徑，該路徑必須通過參考平面返回到源。如果未正確設計接地平面以傳導這些返回路徑，則信號的性能將受到威脅。因此，布局工程師必須同時考慮設計的布線和接地。 

一條走線不正確的走線可能會導致該信號出現問題，而設計不佳的接地策略可能會冒著整個電路板運行的風險。話雖如此，讓我們接下來看一下設計接地平面的一些最佳實踐。

在Cadence Allegro的“動態形狀參數”菜單中設置散熱釋放連接。

接地平面的PCB布局最佳做法

在開始布局之前，必須使用所有正確的參數和設置來設置電路板。此過程的一部分是通過權衡制造成本和電路板的布線密度和信號完整性要求來設置電路板的層堆疊配置。敏感信號將需要帶狀線層配置，可能需要布線多個電源，并且正如我們已經討論的，電路板的接地也是一個因素。

在對電路板進行布局時，將需要確定創建接地層的策略。通常，接地平面是通過稱為澆注銅的過程創建的。設計人員將繪制平面輪廓，然后系統將根據已為其設置的參數來形成平面。在上圖中，您可以在Allegro PCB編輯器的“動態形狀實例參數”菜單中查看這些參數的示例。正在建立散熱裝置連接，并且還有其他選項卡可用于設置平面的間隙，空隙和填充圖案。這些參數也可以在現有平面上進行更改，這在創建兩個需要不同參數的平面時非常有用。

實施平面策略后，設計人員可以繼續進行走線布線。在布線與參考接地層耦合的走線時，請牢記以下一些基本規則： 

不要越過分裂的飛機；您將阻塞信號的清晰返回路徑，并可能在電路上產生大量噪聲。

路由敏感信號時，請盡可能將它們保持在一層上，并靠近其參考平面以進行耦合。

如果必須更改圖層，請嘗試將圖層限制在參考平面的任一側，以保持清晰的信號返回路徑。

如果您不得不穿過更多的層，請在信號過孔旁邊使用接地轉接過孔，以繼續信號返回路徑。

對于電源和接地連接，請使用短而寬的走線，以降低其阻抗。

為了設計具有良好單點或多點接地系統的電路板，設計人員需要遵循許多規則。幸運的是，您使用的PCB設計工具內置了很多功能來提供幫助。

Allegro中的約束管理器，顯示為電網設置的參數。

設置用于生成地平面的設計工具

如前所述，使用“動態形狀實例參數”菜單可以輕松實現控制如何創建或更改地平面的功能。但是，電源和接地網還有其他方面也需要控制。這些包括布線期間使用的走線寬度和間距，以及將使用哪種類型的通孔。Allegro中的約束管理器使設計人員能夠設置所有這些不同的參數。

如您在上圖中所看到的，接地網和電力網被分組到一個網絡類別中，在其中可以輕松控制它們的不同參數。約束管理器使用電子表格樣式的界面，使用戶可以完全控制板的網絡，組件以及從電氣屬性到制造規則的許多其他方面。約束管理器可以導入或導出其規則，從而可以輕松利用新設計中的現有規則為新設計快速設置約束。