編者注:好久沒發(fā)技術(shù)文章了,這兩天一直在醞釀要寫些什么,剛好前一段時(shí)間有朋友問到的這個(gè)問題,就此寫一下自己的看法。
現(xiàn)代的PCB設(shè)計(jì)中,關(guān)于地的設(shè)計(jì)都千姿百態(tài)。各種地都有,一些安全電壓電路PCB板上地有多達(dá)7、8種的分類,讓人嘆為觀止。
地的設(shè)計(jì)作為EMC設(shè)計(jì)中的一大重要設(shè)計(jì),必須以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來全盤設(shè)計(jì)。許多工程師只管自己的一畝三分地,結(jié)果是不言而預(yù)的。
今天聊的這個(gè)話題是比較特殊的一種設(shè)計(jì)。過去的低速系統(tǒng)中,在雙層板狀態(tài)下,做不到滿鋪地的設(shè)計(jì),就會(huì)采用垂直交叉的地網(wǎng)格設(shè)計(jì)。
早期的網(wǎng)格因走線需要,間距可能會(huì)很大,這個(gè)因疊層的關(guān)系是沒有辦法的辦法。
現(xiàn)代設(shè)計(jì)中一些工程師在多層板設(shè)計(jì)中,會(huì)將地平面做成網(wǎng)格狀,然后就會(huì)有不明真相的觀眾在詢問,網(wǎng)格狀與平面到底有啥區(qū)別?為什么要這么做?
今天我們就把老外的研究拿來跟大家分享。先上圖看一下地網(wǎng)格長(zhǎng)啥樣子。
喏,就長(zhǎng)這樣子,像一個(gè)地籠一樣,是早期地設(shè)計(jì)的看家法寶。在高速設(shè)計(jì)里當(dāng)這個(gè)間距很小時(shí),比如只有幾個(gè)mil時(shí)就形成了一個(gè)一個(gè)的小凹坑或者看起來像小凸臺(tái)。地的設(shè)計(jì)作為信號(hào)回流的一個(gè)重要路徑,EMC設(shè)計(jì)講究低阻抗回流路徑,所以地網(wǎng)格因其不連續(xù),阻抗會(huì)隨著頻率變化,所以必須注意這一點(diǎn)。下圖這個(gè)大殺器。
圖中可以看到網(wǎng)格間距最大,形成的感抗越大,導(dǎo)致阻抗變大,在高頻領(lǐng)域這是很嚇人的。圖中給了一個(gè)參考值,地網(wǎng)格間距不超過13mm。不過,我還是覺得太大了,分分鐘掛死的節(jié)奏。
回到我的最開始問題,我的朋友關(guān)心如果這個(gè)間距只有1mm(40mil),跟一個(gè)整平面相比有什么區(qū)別?從上圖來看,明顯感抗大于平面,且不是一個(gè)量級(jí)的。即地平面一定優(yōu)于地網(wǎng)格。我們?cè)倏匆幌戮唧w的不同頻率下的阻抗值,如下圖(地平面銅厚1盎司;走線銅厚也是1盎司,線長(zhǎng)10mm,線寬1mm)。
從上圖中更能看出這個(gè)阻抗的差距,牢記低阻抗回流路徑這一核心設(shè)計(jì)理念。上圖的仿真計(jì)算結(jié)果不包含其他的寄生參數(shù)。
最后,請(qǐng)朋友們記得,A哥永遠(yuǎn)說:
地的PCB平面設(shè)計(jì)是王道,地平面少分割,盡量統(tǒng)一,能平面則平面,少走線,映像參考平面是保證信號(hào)正常回流的第一選擇。
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原文標(biāo)題:PCB設(shè)計(jì)中的地平面與地網(wǎng)格[20200425]
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