PCB设计中的接地和电压布线

PCB设计中的接地和电压布线

关键点：

·了解跳线接地和电压接线印刷电路板的布局和设计

·PCB设计中实现电源和地平面的最佳实践

将电源线插入墙上插座或打开电灯开关很容易。 您可能认为将印刷电路板上的元件连接到电源或地也很容易。 老实说，以前的PCB设计就是这样的。 在信号和电源完整性不重要的电路板上，您可以在电源或接地层中放置过孔并忽略它们。

但是，根据当今电子产品的设计要求，管理分布网络的事情很多，而不仅仅是在设计中添加一些过孔。 您需要考虑 PDN 对电路板其余部分的影响，并确保设备可以使用合适的电源和接地网。 这需要一些电路板接地和电压布线方面的技巧，我们在这里提供一些有用的想法。

印刷电路板上的接地和电压接线

尽管当今的密集多层板广泛应用于先进的电子设备中，但仍然需要廉价的双层板。 对于不需要很多电路的设备（如玩具或其他简单的消费品），双层板仍然是首选，以减少制造时间和成本。 但与此同时，这些电子设备的效率仍在不断提高，这就需要在电路板的电源网络设计上付出更多的努力。

使用时只需要两层，电源和地平面没有可用的内层，所以电源必须布线。 建议在大多数应用中，设计人员使用尽可能小的轨道宽度，并且仍然可以以较低的价格制造。 这通常会产生 600 万个信号通道和 2000 万个功率通道。 请记住，电源走线宽度与电流成正比。 如果电流增加，走线宽度将增加，反之亦然。

布线时，信号和电源布线应放在顶层，返回路径应保留在底层。 最简单的方法是将底层作为坚实的地平面。 您可能最终不得不使用一些底层进行信号路由，但如果您想确保为信号返回保持清晰的路径。

路由电压和信号路由需要仔细规划

使用底部接地还可以帮助您解决噪声和其他信号完整性问题，但它也会占用大量空间。 这对于仔细规划顶层电源布线非常重要，以确保电源均匀分布在整个电路板上。

如果SMT引脚连接到电源或地有大面积的金属，可能会导致SMT引脚和金属较少的引脚之间的热不平衡。 在具有两条腿的较小的分立部件中，这种不平衡会导致一种称为“墓碑冲击”的情况。 这是一个引脚上的焊料回流速度比另一个引脚快的地方，零件被拉离另一个引脚。

将分立的 SMT 引脚连接到接地或电压布线时，最好使用宽度足以满足电流要求的走线来提供散热。 这将有助于维持器件两个引脚之间的热平衡。

小型分立器件的另一个问题是将引脚放置在大面积的金属上，虽然这提供了最佳的电源效率，但它也充当了一个巨大的散热器，与另一个引脚产生了很大的热不平衡为了满足电源设计和 PCB 制造的要求，连接 SMT 引脚连接到多条迹线或“连接”。 “这提供了焊接到 SMT 引脚所需的散热

通孔引脚：

通孔引脚与电源和地走线的连接通常与任何其他走线相同，需要从走线直接连接到引脚的焊盘。 如果走线比焊盘宽，或者有金属填充区域（如电源或地平面），则需要使用导热焊盘。

这些散热器可以提供足够的金属来传导电流，但减少了金属平面从引脚吸收的热量。 借助 CADence Allegro 等 PCB 设计工具，您可以控制电缆扎带的宽度和导热垫的间距，为垫提供足够的金属以满足其需求。

地平面带通孔引脚的散热器

电源和地平面的优缺点

如果您正在设计多层板，您可能需要包括用于专用电源和接地层的板堆栈。 使用飞机的最大优势是它提供了一种简单的方法将组件连接到电源和地，而不需要像在两层板上那样使用宽走线和布线。 在您的设计中使用地平面还有许多其他好处，包括：

·返回路径：信号将从源传输到目的地，然后需要返回到源。 如果没有清晰的返回路径，它们在悬停时会产生很大的噪音，可能会影响其他电路。 地平面将提供这个简单的返回路径。

·屏蔽：地平面有助于屏蔽敏感电路免受外部电磁干扰（EMI），并防止内部EMI影响其他设备。 此外，在设计中在有源信号层之间使用地平面将有助于降低层间横向耦合或串扰的可能性。

·降噪：数字电路在切换时，会通过接地电路产生噪声脉冲，可能导致其他电路误切换。 接地板的大面积将有助于减少影响，因为它的阻抗低于穿过轨道的地线的阻抗。

·散热：接地面也为发热的元器件提供了良好的散热。 通过电路板将这些带孔的元器件连接到地平面，可以使热量均匀分布在电路板上。

·另一方面，使用电源和地平面时应注意一些缺点。 这种平面会增加电路板的层数，从而增加制造成本。 电路的不同区域（例如数字和模拟）需要仔细管理它们的接地，以便来自一个电路的噪声不会对另一个电路产生不利影响。 此外，在使用分体式飞机容纳多个电源或接地网时必须非常小心。 这对于信号返回路径尤为重要，因为分离面可能会在不经意间破坏或阻塞本应畅通无阻的路径。

然而，所有这些问题都是PCB设计过程中的问题，先进的PCB设计工具可以巧妙地解决这些问题