前言:地是電子技術中的常用語,電子工程師每天都在與它打交道,卻常常忘記它的存在。實際上地線和其他訊號線、電源線一樣,都是電路設計中的重要一環,忽略了這樣一環,常常會導致設計的不穩定,甚至是失敗。
圖1[1]:某pcb背面鋪銅(兩片不同的地)
圖1展示了筆者最近檢查的乙個pcb背面的鋪銅,電氣檢查均沒有問題,但是當收到這樣的pcb樣圖後,還是重新發回給同事,請他重新修改。原因如下,這個pcb中有兩片地,但這兩片地相互「扭」在了一起,使得各自的地迴路都變得十分漫長。圖2中高亮標出了其中的一塊:
圖2[1]:「扭」在一起的兩片地
在高亮區域的左上角的外掛程式是輸入,在下方紅色圈中有乙個器件,焊接在頂層,通過兩個過孔接地,訊號線(或電源線)在頂層相連,那麼電流從該器件的地流回到上方外掛程式地的路線即為圖中橙色的線,可見繞了很大一圈,這樣的設計是不推薦的。我們設計的原則是要讓電流能以最短的路徑流回。對此,做了如圖3的修改:
圖3[1]:連線相隔的地
在圖3中,增加對地過孔,通過其他層將兩片相隔的地連線起來,只要這兩層距離比較近,那麼回流的電流的路徑就會縮短很多。同樣的在另一片地中也存在很多這樣類似的問題,原則不變,一一做以修改,這裡不再贅述了。
射頻電路對接地的要求更高,由於頻率變高後,波長變小,同樣長度的地線對射頻電路而言更加敏感。如圖4所示,在原理圖上乙個三極體的發射極接地,假設接地的這段線沒有畫好,畫的很長,其等效電路就是右側的模樣,相當於在發射極和地之間插入了乙個電感,如果電感的效應很明顯,就會導致放大電路的不穩定,產生振盪。所以很多學生在開始接觸射頻電路設計時,做出來的電路「飄忽不定」,常常是因為射頻訊號找不到地。
圖4:接地不良導致電感效應
因此在射頻電路設計中,一定要保證良好的接地,接地線路要盡可能的短,接地過孔的電感效應也要盡可能的減小。圖5展示了某放大器的pcb,可以看出,其接地過孔距離地引腳非常的近,並且使用了多個過孔以減小過孔本身的電感效應。
圖5 [2]:射頻器件接地示例
不僅pcb中的走線需要注意,在射頻晶元設計中,也要注意接地的事宜,原則和使用分立器件搭建射頻電路一樣,要使得接地點盡可能的短。圖6為之前和某大學合作的科研專案中的layout的乙個角落,乙個電晶體的柵極通過電容接地,可以看到,走線很短,並且電容通過過孔直接接地,中間沒有多餘的線。
圖6 [1]:射頻晶元接地示例
總結:本文簡要描述了pcb和晶元layout版圖地線設計的注意事項,總體來說就是要保證地迴路盡可能的短,避免地的割裂,特別是在射頻電路和晶元設計中,接地一定要短,避免引入傳輸線和電感效應,從而導致振盪。水平有限,請多指教 ?
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