​电路板设计--高速PCB接地弹簧说明

电路板设计--高速PCB接地弹簧讲解

一套完整的信号电路，U1为驱动器； U2为接收器； L1、L3分别为器件UI信号输出引脚和接地引脚的封装电感； L2和L4分别是U2信号输出引脚和接地引脚的封装电感。 考虑一个简单的情况，信号路径的参考平面是设备UI和U2的“地”，并且组件的信号引脚和地引脚之间的距离并不近。

根据基本电磁定律，当电路中有电流通过时，信号路径和返回路径周围会产生磁线圈。 一条路径周围磁力线的总匝数由该路径中的电流产生的磁线圈（自磁线圈）和周围其他电流路径产生的磁线圈（互磁线圈）组成。 也就是说，信号电流流过的导体具有电感，总电感由自感和互感两部分组成。 两条路径的电流方向相反，磁线圈也相反。 因此，一条路径的总电感就是自感和互感之差。 设信号路径的自感为LA； 返回路径的自感为LB； 它们之间的互感为LAB；

如果电路电流发生变化，所有电感器两端都会产生感应电压。 电路路径上产生的电压就是地弹，地弹电压取决于电流变化的速度。

接地弹簧是回路中快速变化的电流产生的返回路径上两点之间的电压。 地导弹对驱动端影响不大，主要影响接收，相当于接收信号上叠加了噪声。 如果有多个输出门同时切换状态，则地弹噪声将增加数倍，即同步切换噪声。

降低接地弹簧电压只有两种方法：

• 最大限度地减少回路电流的变化。 这意味着降低边沿变化率并限制共享返回路径的信号路径数量；

• 其次，最小化返回路径电感。 减小返回路径的电感包括两个方面：减小返回路径的自感和增大信号路径与返回路径之间的互感。 减小自感意味着返回路径尽可能宽松； 而增加互感则意味着返回路径和信号路径尽可能靠近。

以下是一些具体措施：

• 采用多层PCB板布局电源和地参考平面，并将器件的电源和地引脚直接焊接在平面上，以保证电源或地引脚的电感和阻抗最低。

• 尽量使用开关速度低的元件；
  

• 对于组件，可以在封装时添加接地引脚，可以额外为功率级分配电源引脚，并可以为输入电路分配接地参考引脚；
  

• 使用评分输入模式；
  

• 避免使用插座和绕线板；
  

•  去耦电容应尽可能靠近元件的接地引脚。
  

接地弹簧是逻辑元件产生的噪声源。 由于信号边沿速率较快，电压切换速度较快，接地弹簧有时会成为一个严重的问题，在设计中应多加注意。 PCB组装及PCB加工厂家介绍：电路板设计中的高速电路PCB讲解。