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減輕雙面PCB中的噪聲：兩層PCB設(shè)計(jì)中的多點(diǎn)接地（網(wǎng)格接地）
了解如何使用網(wǎng)格接地技術(shù)來(lái)減少雙面PCB中的噪聲。
多層板的接地層可以顯著改善電路的噪聲性能。使用雙面電路板時(shí)，我們通常不會(huì)有接地層，并且我們期望噪聲和發(fā)射更多。由于這一限制，除非成本目標(biāo)迫使我們使用兩層板，否則我們更喜歡多層板。
即使我們沒(méi)有帶兩層板的接地層，也仍然可以使用一些技術(shù)來(lái)改善電路性能。本文介紹了接地柵格技術(shù)，該技術(shù)使我們能夠?yàn)殡p面電路板實(shí)現(xiàn)高效的接地電路。
接地層如何減少電路板的噪聲？為了更好地理解“接地網(wǎng)格”技術(shù)的操作，它將幫助您首先了解PCB中接地層的功能。請(qǐng)?jiān)诶^續(xù)之前閱讀我有關(guān)接地層如何減少電路板噪聲的文章。
什么是網(wǎng)格接地平面？
接地網(wǎng)格是由整個(gè)PCB上的接地網(wǎng)絡(luò)組成的。例如，如圖1所示，我們可以在電路板的底層上有一些水平接地走線，而在頂層上有一些垂直接地走線。此外，在垂直和水平接地走線的交點(diǎn)處有過(guò)孔。
如您所見，可以通過(guò)接地柵格提供的許多備用返回路徑來(lái)閉合電流環(huán)路。盡管有許多并聯(lián)的返回路徑，但大多數(shù)電流將流經(jīng)最接近信號(hào)走線的路徑，以最大程度地減小路徑電感。在圖中示出了可能表現(xiàn)出相對(duì)較小的電感的返回路徑。
請(qǐng)注意，對(duì)于接地柵格，您可能必須使用多個(gè)過(guò)孔才能將信號(hào)走線布線在PCB上。如圖3所示（圖2的概念圖中未顯示）。
因此，最好將大多數(shù)頂層走線垂直放置，將大多數(shù)底層走線水平放置，以減少通孔的數(shù)量。
效果如何？
檢查接地系統(tǒng)有效性的一種方法是測(cè)量板上各種IC之間的接地噪聲電壓。一項(xiàng)研究比較了使用接地柵格的兩層板的IC的接地引腳之間的電壓差與具有單點(diǎn)接地的類似設(shè)計(jì)的電壓差。研究表明，接地格柵可以將IC的接地引腳之間的電壓差從1000 mV減小到100 mV（這是各種IC組合之間的最佳改進(jìn)）。根據(jù)這項(xiàng)研究，當(dāng)采用接地柵格技術(shù)時(shí)，電路板的輻射降低了約7 dB。
為了顯著降低接地電路電感，應(yīng)使用0.5英寸或更小的接地柵距。通常，隨著工作頻率的增加，我們可能需要使用更細(xì)的網(wǎng)格來(lái)提供更多的并行路徑并降低接地系統(tǒng)的電感。接地柵格技術(shù)可兼容最高10 MHz的電路；高于此頻率，應(yīng)使用接地層。
在這種情況下，頂層的垂直接地線將被電源線取代。水平構(gòu)件接地。請(qǐng)注意，這些接地走線位于電路板的底部，并且是連續(xù)的。它們不會(huì)被頂層的電源走線中斷。圖4的接地網(wǎng)格將起作用，因?yàn)榻涣鞣祷仉娏骺梢匝刂拥刈呔€或電源走線同樣好地流回其電源。由于在該方案中無(wú)法使用過(guò)孔，因此我們必須在垂直和水平走線的交點(diǎn)處使用旁路電容器。這些電容器應(yīng)具有高品質(zhì)，以使電流輕松流回其驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O。
我們還可以在頂層和底層都有接地和電源走線。如下圖5所示。
這將占用更多的電路板空間，但我們希望它具有較低的電感，因?yàn)楝F(xiàn)在返回電流可以流經(jīng)接地走線和電源走線。流經(jīng)電源走線的那部分返回電流將使用一個(gè)旁路電容器到達(dá)附近的接地走線，通過(guò)它可以流回驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O。
如果電路板空間限制不允許您使用寬走線，則可以使用窄走線來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格。如圖6所示。
圖6.圖片由電磁兼容性工程提供。
較寬的走線可以提供較低的電阻，這對(duì)于低頻因素很重要；然而，即使是一條狹窄的走線，也可能會(huì)向電網(wǎng)系統(tǒng)增加許多平行路徑，并降低接地電感（高頻因素）。