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PCBA科技 - 關於PCB設計中的接地和電壓佈線

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關於PCB設計中的接地和電壓佈線

2021-11-11
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Author:Downs

關鍵點:

·瞭解跨接地和電壓佈線 印刷電路板 佈局和設計

·在PCB設計中實現電源和接地層的最佳實踐

將電源線插入牆上的插座或打開電燈開關非常容易。 您可能認為將印刷電路板上的組件連接到電源或接地也很容易。 老實說,PCB設計曾經是這樣。 在訊號和電源完整性不是很重要的電路板上,您可以在電源或接地層中放置過孔,然後忽略它們。

然而,根據當今電子產品的設計要求,管理配電網絡的事情很多,而不僅僅是在設計中添加一些過孔。 您需要考慮PDN對電路板其餘部分的影響,同時確保設備可以使用適當的電源和接地網。 這需要一些電路板接地和電壓佈線方面的技能,我們在這裡提供了一些有用的想法。

印刷電路板上的接地和電壓接線

電路板

雖然今天的密集多層板廣泛應用於先進的電子設備中,但仍然需要廉價的雙層板。 對於不需要很多電路的設備(如玩具或其他簡單消費品),仍然首選雙層板以减少製造時間和成本。 然而,與此同時,這些電子設備的效能仍在提高,這需要在電路板的電源網路設計方面付出更多努力。

使用時只需要兩層,電源和地平面沒有可用的內部層,囙此必須對電源進行佈線。 建議在大多數應用中,設計者使用盡可能最小的軌跡寬度,並且仍然可以以較低的價格製造。 通常這最終會產生600萬道訊號和2000萬道功率。 請記住,功率跡線寬度與電流成正比。如果電流新增,跡線寬度將新增,反之亦然。

佈線時,訊號和電源佈線應置於頂層,返回路徑應保留在底層。 最簡單的方法是將底層專用為實心地平面。 您可能最終不得不使用一些底層進行訊號路由,但如果您想確保保持訊號返回的清晰路徑。

路由電壓和訊號路由需要仔細規劃

使用底部接地也可以幫助您解决雜訊和其他信號完整性問題,但它也會佔用大量空間。 囙此,仔細規劃頂層電源佈線以確保電源均勻分佈在整個電路板上非常重要。

如果SMT引脚連接到具有大面積金屬的電源或接地,則可能會導致SMT引脚和金屬較少的引脚之間的熱不平衡。 在具有兩條腿的較小離散零件中,這種不平衡可能導致稱為“墓碑撞擊”的情况。 這是一個引脚上的焊料回流速度比另一個引脚快的地方,零件被拉起並遠離另一個引脚。

當將分立SMT引脚連接到接地或電壓佈線時,最好使用足够寬的軌跡寬度,以滿足電流需求,從而提供散熱。 這將有助於保持設備的兩個引脚熱平衡。

小離散零件的另一個問題是在大面積金屬上放置銷. 雖然這提供了最佳的電力效能, 它還充當一個巨大的散熱器, 與另一個引脚產生較大的熱不平衡. 滿足電力設計和 PCB製造 需要將SMT引脚連接到多個記錄道或“連接”.“這提供了焊接到SMT引脚所需的散熱.

通孔銷:

通孔引脚與電源和接地跡線的連接通常與任何其他跡線相同,需要從跡線直接連接到引脚的焊盤。 如果軌跡比焊盤寬,或者有金屬填充區域(如電源或接地層),則需要使用熱焊盤,如下圖所示。

這些散熱器可以提供足够數量的金屬來傳導電流,但會减少金屬平面從引脚吸取的熱量。 使用Cadence Allegro等PCB設計工具,您可以控制電纜紮帶的寬度和熱焊盤中的間距,為焊盤提供足够的金屬,以滿足其需求。

地平面中通孔銷的散熱器

電源和接地層的優缺點

如果要設計多層電路板,可能需要為專用電源和接地層配寘板堆棧。 使用飛機的最大優點是,它提供了一種將組件連接到電源和地面的簡單方法,而不需要像在兩層板上那樣的寬軌跡和佈線。 在設計中使用地平面還可以為您帶來許多其他好處,包括:

·返回路徑:訊號將從源傳輸到目的地,然後需要返回到源。 如果沒有清晰的返回路徑,它們在懸停時會產生大量雜訊,這可能會影響其他電路。 地平面將提供這種簡單的返回路徑。

·遮罩:接地層將有助於遮罩敏感電路免受外部電磁干擾(EMI),並防止內部產生的EMI影響其他設備。 此外,在設計中使用有源訊號層之間的接地層將有助於减少層之間的橫向耦合或串擾的可能性。

·降低雜訊:當數位電路切換狀態時,它會通過接地電路產生雜訊脈衝,這可能會導致其他電路中的錯誤切換。 接地板的大面積將有助於减少影響,因為其阻抗低於穿過軌跡的地線的阻抗。

·散熱:地平面還為運行熱的組件提供良好的散熱器。 通過將這些帶有孔的部件通過電路板連接到接地層,熱量可以均勻分佈在電路板上。

·另一方面,在使用電源和接地層時,需要注意一些缺點。 該平面將新增電路板的層數,這將新增製造成本。 電路的不同區域(如數位和類比)需要仔細管理其接地,以便一個電路的雜訊不會對另一個電路產生不利影響。 而且,當使用分體式飛機容納多個電源或接地網時,必須格外小心。 這對於訊號返回路徑尤其重要,因為分離面可能會無意中破壞或阻塞本應暢通無阻的路徑。

然而, 所有這些問題都是 PCB設計過程, 先進的PCB設計工具可以巧妙地解决這些問題.