PCB 接地层和电源层

电器工程 电路板 pcb设计 电磁兼容 pcb层
2022-01-23 00:02:33

我正在设计一个具有以下堆叠的 4 层 PCB:信号顶部、接地层、电源层、信号底部。

这是我制作的第一块这样的 PCB,它包括一个开关频率为 600KHz 的嘈杂 SMPS,以及一个 32MHz uC 和一个无线 2.4GHz 模块。我希望隔离不同块的噪声并防止它干扰另一个块,例如,SMPS 和 uC 噪声不应干扰无线模块。为此,我将电源平面分成三个封闭区域,每个电压一个(SMPS 为辅助开启系统从一个非常小的 50mA 线性稳压器生成 5.0V 和 3.3V 和 5.0V),但保持接地平面未分割并覆盖所有板。SMPS、uC 和无线模块块在板上彼此分开。

问题是:

  1. 这种分开的安排将有助于模块之间的噪音传播吗?
  2. 在顶部和底部铺上接地铜是否有助于降低电路板外部的 EMI 噪声?
  3. 将接地平面也分开会更好(并且在顶部和底部没有倒地以避免环路),并以星形方式连接它我听说最好保持地平面完整,但每个人似乎都有自己的版本。

我的理解是,接地位置应始终位于信号和电源走线的下方或上方,以最大限度地减少环路并减少电路板产生的 EMI。此外,如果不同的模块已经在电路板上物理分离,它们的返回电流将在未分离的接地层中流动,而不会相互干扰。那是对的吗?但我也读到了将地平面分成多个区域,每个子系统一个区域,并将这些不同的块连接在一个点(星形连接)。哪个更好?为什么?

1个回答

这种分开的安排将有助于模块之间的噪音传播吗?

如果您有多个电源电压和一个 4 层板,那么您没有太多选择。您必须为不同的负载提供不同的电压。无论是减少还是增加噪音,都与你如何布置它的细节有很大关系,不可能只对这个问题给出一揽子的答案。最好将其视为,您必须拆分电源平面 --- 最好的方法是什么?

在顶部和底部铺上接地铜是否有助于降低电路板外部的 EMI 噪声?

如果您提供多个过孔将外层接地区域连接到接地平面,则可以。这也将使您的晶圆厂供应商感到高兴,因为它将减少他们必须蚀刻以制造您的电路板的铜量。

小心不要让外层地线离你的 2.4 GHz 走线太近,因为如果它比 5 个走线宽度更近,它会改变你的受控阻抗线的特性阻抗。

将接地平面也分开会更好(并且在顶部和底部没有倒地以避免环路),并以星形方式连接它?我听说最好保持地平面完整,但每个人似乎都有自己的版本。

简短的回答:没有。

如果您特别注意如何拆分电源平面,并且如果您的电路需要它,那么在某些情况下它可以改善事情。

但是,如果您想从对您正在设计的电路几乎一无所知的人那里得到一个单一的答案,那么最好的答案就是不要拆分接地层。

还有一件事要注意

您的堆叠是信号接地电源信号。电源平面有裂痕。

当您在底层布线时,尽量不要穿过电源层中的裂缝,因为这些底层走线实际上将使用电源网络,而不是接地,作为信号高频分量的返回路径。

此外,请注意(高速)信号从顶层跳到底层,因为这也需要将返回电流从电源网络转换到接地网络。该返回电流可能会通过最近的去耦电容器 --- 所以第二好的做法是在返回电流需要在平面之间穿过的每个位置附近放置一个去耦电容器。(最好的事情根本不是飞机之间的交叉)。

编辑

我确保所有 HF 信号都不会交叉分裂,但是有一些直流轨道不可避免地会交叉它们。这会是个问题吗?

想一想:当您说它是直流轨道时,您的意思是电压不变还是电流不变?当前的更改是导致在拆分时出现问题的原因。(电压变化只是问题,因为它们通常会导致电流变化)

因此,这取决于您是否在谈论“直流”信号,例如在启动时打开一次然后永远保持相同电压的电源的启用线,或者是用于某些额外轨道的电源轨道不值得为此分道扬镳。

直流控制信号没有问题。

如果是负载电流变化的电源信号,则可以使用去耦电容器解决问题。去耦电容器允许电流的高频变化通过电容器的短路径而不是通过轨道的长路径。