讲解PCB布局中的单点接地和多点接地

为 PCB 提供良好的接地系统可能是 PCB 布局最重要的方面之一。有数字的、模拟的、机箱的和接地的。它们的作用对电路板的整体性能很重要。电路板中的接地系统将执行所有工作，从维持稳定的参考电平到为信号和电流提供清晰的返回路径。

我们将学习PCB设计中的单点接地和多点接地，以及在接下来的布局中连接接地时需要知道的知识。

单点接地和多点接地——哪一个？

印刷电路板上可以使用许多不同的地，最常见的例子之一是混合信号板上的数字地和模拟地。需要连接接地，这取决于您的设计是需要单点接地还是多点接地。让我们探讨这两种类型。

单点接地

以不同方式接地的电路板称为单点接地或“星形”接地。这种方法通常用于低频应用，板子上有一个接地点，是连在一起的。如果它是一个分裂的接地层，数字和模拟接地层将在分裂之间的某个点连接在一起。

多点接地

这种接地策略用于工作频率较高的电路板。并非每个接地电路都在一个平面上的一点上相互连接，但所有接地电路都在同一平面上共享。不同的电路通过低阻抗连接连接到参考接地平面。较短的连接有助于降低在较高频率下可能发生的 EMI。

单点接地系统在较低频率下效果更好，而多点接地系统在较高频率下效果更好。在很多情况下，电路板的供电网络中存在单点接地和多点接地混合的情况。但是，关于如何连接接地系统的一些要点必须牢记以避免出现问题，这将在下面的内容中介绍。

circuit board

接地层配置不正确

如果所有返回电流都流过一个点，则单点接地系统可能会出现问题。这会干扰整个接地平面的高频电流的正常流动，从而辐射 EMI。在许多情况下，不同的电路最好共享接地层并在电路板的另一层提供不同的返回路径。保持信号靠近其返回路径以减少它们将引起的磁环路也很重要。

分离平面的另一个问题是它可能会导致接地电流环路。通过嵌入走线或分割平面，您可能会阻塞返回路径并无意中创建环路。最好保持地平面的完整性，避免出现会阻塞返回路径的情况，例如过孔、槽或其他平面障碍物的高密度区域。如果有单独的数字和模拟地平面，通常建议将它们放置在电路板的不同层上，不要重叠，以帮助最大限度地减少它们之间的电容耦合。

在 PCB 设计中，您通常希望查看电路板上所有未布线的网络，并将布线和布线放在工作流程中的最高优先级。然而，在实践中，每个信号都有一条返回路径，必须通过参考平面返回到源。如果地平面设计不当，无法传导这些返回路径，信号的性能就会受到影响。因此，布局工程师必须同时考虑设计的布线和接地。

布线不正确可能会导致信号出现问题，而设计不当的接地策略可能会危及整个电路板的运行。

接地层的 PCB 布局最佳实践

在开始布局之前，您必须使用所有正确的参数和设置来设置电路板。该过程的一部分是通过平衡制造成本与电路板的布线密度和信号完整性要求来设置电路板的层堆叠配置。敏感信号将需要带状线层配置，这可能需要布线多个电源，正如我们所讨论的，电路板接地也是一个因素。

布置电路板时，您需要确定创建地平面的策略。通常，地平面是通过称为浇铜的过程创建的。设计师绘制平面轮廓，然后系统根据为其设置的参数形成平面。

实施平面策略后，设计师可以继续走线。与参考地平面耦合布线时，请牢记以下基本规则：

不要越过分割平面；您将阻塞信号的清晰返回路径，并可能在电路上产生大量噪声。

路由敏感信号时，将它们放在尽可能靠近其参考平面的层上以进行耦合。

如果您必须更改图层，请尝试将图层限制在参考平面的任一侧以保持清晰的信号返回路径。

如果必须穿过更多层，请在信号过孔旁边使用接地过渡过孔以继续信号返回路径。

对于电源和接地连接，请使用短而宽的布线以降低其阻抗。

为了设计出具有良好单点或多点接地系统的电路板，设计人员需要遵循许多规则。幸运的是，您使用的 PCB 设计工具有许多内置功能可以提供帮助。

设置用于生成地平面的设计工具

如前所述，DynamIC Shape Instance Parameters 菜单允许您轻松控制地平面的创建或更改方式。但是，电源和接地网的其他方面也需要控制。其中包括布线时使用的布线宽度和间距，以及将使用何种类型的通孔。

正如您在上图中所看到的，接地网和电网被归为一个网络类别，您可以在其中轻松控制它们的不同参数。约束管理器使用电子表格样式的界面，使您可以完全控制电路板的网络、组件和许多其他方面，从电气属性到制造规则。约束管理器可以导入或导出其规则，从而可以使用新设计中的现有规则轻松快速地为新设计设置约束。 PCB加工厂讲解PCB布局中的单点接地和多点接地，以及下一次布局连接接地时需要知道的知识。