編者注:好久沒發技術文章了,這兩天一直在醞釀要寫些什么,剛好前一段時間有朋友問到的這個問題,就此寫一下自己的看法。
現代的PCB設計中,關于地的設計都千姿百態。各種地都有,一些安全電壓電路PCB板上地有多達7、8種的分類,讓人嘆為觀止。
地的設計作為EMC設計中的一大重要設計,必須以系統的觀點來全盤設計。許多工程師只管自己的一畝三分地,結果是不言而預的。
今天聊的這個話題是比較特殊的一種設計。過去的低速系統中,在雙層板狀態下,做不到滿鋪地的設計,就會采用垂直交叉的地網格設計。
早期的網格因走線需要,間距可能會很大,這個因疊層的關系是沒有辦法的辦法。
現代設計中一些工程師在多層板設計中,會將地平面做成網格狀,然后就會有不明真相的觀眾在詢問,網格狀與平面到底有啥區別?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。先上圖看一下地網格長啥樣子。
喏,就長這樣子,像一個地籠一樣,是早期地設計的看家法寶。在高速設計里當這個間距很小時,比如只有幾個mil時就形成了一個一個的小凹坑或者看起來像小凸臺。地的設計作為信號回流的一個重要路徑,EMC設計講究低阻抗回流路徑,所以地網格因其不連續,阻抗會隨著頻率變化,所以必須注意這一點。下圖這個大殺器。
圖中可以看到網格間距最大,形成的感抗越大,導致阻抗變大,在高頻領域這是很嚇人的。圖中給了一個參考值,地網格間距不超過13mm。不過,我還是覺得太大了,分分鐘掛死的節奏。
回到我的最開始問題,我的朋友關心如果這個間距只有1mm(40mil),跟一個整平面相比有什么區別?從上圖來看,明顯感抗大于平面,且不是一個量級的。即地平面一定優于地網格。我們再看一下具體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10mm,線寬1mm)。
從上圖中更能看出這個阻抗的差距,牢記低阻抗回流路徑這一核心設計理念。上圖的仿真計算結果不包含其他的寄生參數。
最后,請朋友們記得,A哥永遠說:
地的PCB平面設計是王道,地平面少分割,盡量統一,能平面則平面,少走線,映像參考平面是保證信號正常回流的第一選擇。
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原文標題:PCB設計中的地平面與地網格[20200425]
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