多层PCB板设计中接地经验谈

caroline11

据经验法则，在高密度和高频率的场合通常使用四层板，就EMC而言比二层板好20DB以上。在四层板的条件下，往往可以使用一个完整的地平面和完整的电源平面，在这种条件下只需要进行分成几组的电路的地线与地平面连接，并且将工作噪声地特别的处理。

从各个电路的地线连接到地平面可以采取很多做法，包括：

单点和多点接地方式

① 单点接地：所有电路的地线接到地线平面的同一点，分为串联单点接地和并联单点接地。
② 多点接地：所有电路的地线就近接地，地线很短适合高频接地。
③ 混合接地：将单点接地和多点接地混合使用。

在低频率、小功率和相同电源层之间，单点接地是最为适宜的，通常应用于模拟电路之中；这里一般采用星型方式进行连接降低了可能存在的串联阻抗的影响，如图8.1右半部分所示。高频率的数字电路就需要并联接地了，在这里一般通过地孔的方式可较为简单的处理，如图8.1的左半部分所示；一般所有的模块都会综合使用两种接地方式，采用混合接地的方式完成电路地线与地平面的连接。

混合接地方式

如果不选择使用整个平面的作为公共的地线，比如模块本身有两个地线的时候，就需要进行对地平面进行分割，这往往与电源平面有相互作用。注意以下的几点原则：

(1) 将各个平面对齐处理，避免无关的电源平面和地平面之间的重叠，否则将导致所有的地平面分割失效，彼此之间产生干扰；
(2) 在高频的情况下，层间通过电路板寄生电容会产生耦合；
(3) 在地平面之间（如数字地平面和模拟地平面）的信号线使用地桥进行连接，并且通过就近的通孔配置最近的返回路径。
(4) 避免在隔离的地平面附近走时钟线等高频走线，引起不必要的辐射。
(5) 信号线与其回路构成的环面积尽可能小，也被称为环路最小规则；环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。在地平面分割和信号走线时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题。

地之间的连接方法，参考武晔卿的文章的一些做法，这里进行一些整理。
① 地间电路板普通走线连接：使用这种方法可以保证在中两个地线之间可靠的低阻抗导通，但仅限于中低频信号电路地之间的接法。
② 地间大电阻连接：大电阻的特点是一旦电阻两端出现压差，就会产生很弱的导通电流，把地线上电荷泄放掉之后，最终实现两端的压差为零。
③ 地间电容连接：电容的特性是直流截止和交流导通，应用于浮地系统中。
④ 地间磁珠连接：磁珠等同于一个随频率变化的电阻，它表现的是电阻特性。应用于快速小电流波动的弱信号的地与地之间。
⑤ 地间电感连接：电感具有抑制电路状态变化的特性，可以削峰填谷，通常应用于两个有较大电流波动的地与地之间。
⑥ 地间小电阻连接：小电阻增加了一个阻尼，阻碍地电流快速变化的过冲；在电流变化时候，使冲击电流上升沿变缓。