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前言:地是电子技术中的常用语,电子工程师每天都在与它打交道,却常常忘记它的存在。实际上地线和其他信号线、电源线一样,都是电路设计中的重要一环,忽略了这样一环,常常会导致设计的不稳定,甚至是失败。
割裂与漫长的回路 图1[1]:某PCB背面铺铜(两片不同的地) 图1展示了笔者最近检查的一个PCB背面的铺铜,电气检查均没有问题,但是当收到这样的PCB样图后,还是重新发回给同事,请他重新修改。原因如下,这个PCB中有两片地,但这两片地相互“扭”在了一起,使得各自的地回路都变得十分漫长。图2中高亮标出了其中的一块: 图2[1]:“扭”在一起的两片地 在高亮区域的左上角的插件是输入,在下方红色圈中有一个器件,焊接在顶层,通过两个过孔接地,信号线(或电源线)在顶层相连,那么电流从该器件的地流回到上方插件地的路线即为图中橙色的线,可见绕了很大一圈,这样的设计是不推荐的。我们设计的原则是要让电流能以最短的路径流回。对此,做了如图3的修改: 图3[1]:连接相隔的地 在图3中,增加对地过孔,通过其他层将两片相隔的地连接起来,只要这两层距离比较近,那么回流的电流的路径就会缩短很多。同样的在另一片地中也存在很多这样类似的问题,原则不变,一一做以修改,这里不再赘述了。 射频电路的地 射频电路对接地的要求更高,由于频率变高后,波长变小,同样长度的地线对射频电路而言更加敏感。如图4所示,在原理图上一个三极管的发射极接地,假设接地的这段线没有画好,画的很长,其等效电路就是右侧的模样,相当于在发射极和地之间插入了一个电感,如果电感的效应很明显,就会导致放大电路的不稳定,产生振荡。所以很多学生在开始接触射频电路设计时,做出来的电路“飘忽不定”,常常是因为射频信号找不到地。 图4:接地不良导致电感效应 因此在射频电路设计中,一定要保证良好的接地,接地线路要尽可能的短,接地过孔的电感效应也要尽可能的减小。图5展示了某放大器的PCB,可以看出,其接地过孔距离地引脚非常的近,并且使用了多个过孔以减小过孔本身的电感效应。 图5 [2]:射频器件接地示例 芯片layout中的接地 不仅PCB中的走线需要注意,在射频芯片设计中,也要注意接地的事宜,原则和使用分立器件搭建射频电路一样,要使得接地点尽可能的短。图6为之前和某大学合作的科研项目中的Layout的一个角落,一个晶体管的栅极通过电容接地,可以看到,走线很短,并且电容通过过孔直接接地,中间没有多余的线。 图6 [1]:射频芯片接地示例 总结:本文简要描述了PCB和芯片Layout版图地线设计的注意事项,总体来说就是要保证地回路尽可能的短,避免地的割裂,特别是在射频电路和芯片设计中,接地一定要短,避免引入传输线和电感效应,从而导致振荡。水平有限,请多指教 ? |
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