第四讲 PCB板地线设计12大规则

本期大讲台推出EMC工程师网友杨鹏关于高速PCB的EMC设计的学习力作：详细完整的一一剖析高速印制电路板中布局、布线、接地的EMC设计，并通过具体的实际案例，重点介绍高速印制电路板中的I/O端、混合数/模、时钟、电源、信号完整性等电磁兼容设计。全文中所列的设计规则，可以帮助大家在PCB设计中解决大部分的电磁兼容问题，再通过少量外围瞬态抑制器件和滤波电路及适当的外壳屏蔽和正确的接地，就可以轻松完成一个满足电磁兼容要求的产品。

第一讲 PCB元器件的EMC布局设计
第二讲 PCB的EMC布线之分割、反射干扰抑和去耦电容配置
第三讲 PCB的EMC布线技术和去耦电容走线实例分析

电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。在 PCB板的地线设计中，接地技术既应用于多层PCB，也应用于单层PCB。接地技术的目标是最小化接地阻抗，从此减少从电路返回到电源之间的接地回路的电势。

(1) 正确选择单点接地与多点接地

在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率 大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1~10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超 过波长的1/20，否则应采用多点接地法。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量布置栅格状大面积接地铜箔。

(2) 将数字电路与模拟电路分开

电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。

(3) 尽量加粗接地线

若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印制线路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3mm。

(4) 将接地线构成闭环路

设计只由数字电路组成的印制线路板的地线系统时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于：印制线路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗 电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能 力。

(5) 多层线路板设计时，将其中一层作为“全地平面”

当采用多层线路板设计时，可将其中一层作为“全地平面”，这样可减少接地阻抗，同时又起到屏蔽作用。我们常常在印制板周边布一圈宽的地线，也是起着同样的作用。

(6) 单层PCB的接地线

在单层（单面）PCB中，接地线的宽度应尽可能的宽，且至少应为1.5mm(60mil)。由于在单层PCB上无法实现星形布线，因此跳线和地线宽度的改变应当保持为最低，否则将引起线路阻抗与电感的变化。

(7) 双层PCB的接地线

在双层（双面）PCB中，对于数字电路优先使用地线栅格/点阵布线，这种布线方式可以减少接地阻抗、接地回路和信号环路。像在单层PCB中那样，地线和电 源线的宽度最少应为1.5mm。另外的一种布局是将接地层放在一边，信号和电源线放于另一边。在这种布置方式中将进一步减少接地回路和阻抗。此时，去耦电 容可以放置在距离IC供电线和接地层之间尽可能近的地方。

(8) PCB电容

下页内容：PCB电容和电源要求等PCB地线设计规则

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在多层板上，由分离电源面和地面的绝缘薄层产生了PCB电容。在单层板上，电源线和地线的平行布放__也将存在这种电容效应。PCB电容的一个优点是它具 有非常高的频率响应和均匀的分布在整个面或整条线上的低串连电感，它等效于一个均匀分布在整个板上的去耦电容。没有任何一个单独的分立元件具有这个特性。

(9) 高速电路与低速电路

布放高速电路和元件时应使其更接近接地面，而低速电路和元件应使其接近电源面。

(10) 地的铜填充

在某些模拟电路中，没有用到的电路板区域是由一个大的接地面来覆盖，以此提供屏蔽和增加去耦能力。但是假如这片铜区是悬空的（比如它没有和地连接），那么它可能表现为一个天线，并将导致电磁兼容问题。

(11) 多层PCB中的接地面和电源面

在多层PCB中，推荐把电源面和接地面尽可能近的放置在相邻的层中，以便在整个板上产生一个大的PCB电容。速度最快的关键信号应当临近接地面的一边，非关键信号则布置靠近电源面。

(12) 电源要求

当电路需要不止一个电源供给时，采用接地将每个电源分离开。但是在单层PCB中多点接地是不可能的。一种解决方法是把从一个电源中引出的电源线和地线同其他的电源线和地线分隔开，这同样有助于避免电源之间的噪声耦合。

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