PCB 接地、串扰和天线

电器工程 电路板 pcb天线 相声
2022-01-07 09:52:09

当可能发生高速线过渡时,我试图了解多边形浇注填充的影响。考虑下面的虚构案例示例:

多边形浇注进入小地方的示例 PCB

在这个例子中,轨道(浅蓝色)在电路板的左侧尽可能地分开,但它们必须靠得更近才能穿过大的焊盘孔。红色填充是地面多边形浇筑。请注意,这是一个虚构的示例,其中有许多与我的问题无关的其他问题。

为了论证,所有线路都是单端的(如 UART、SPI、I²C 等),并且可能有 1~3 ns 的转换时间。下面有一个连续的地平面(0.3mm 距离),但我的问题是关于顶部的地面倾倒。

在情况 C 中,多边形浇注能够穿透到有足够空间放置第二个通孔连接的地方,因此接地走线正确连接到下面的平面。然而,在 A、B、D 和 E 的情况下,浇注尽可能远,没有空间放置过孔,留下 GND“手指”。

我想知道,不管其他路由考虑,“手指”A、B、D 和 E 是否应该被移除,或者它们是否有助于减少轨道之间的串扰。我担心地面噪声会使那些“手指”成为良好的天线并产生不必要的 EMI。但与此同时,我不愿意删除它们,因为它们可能具有串扰的好处。

编辑

对于不同的案例示例,请考虑这张图片:

真实案例场景

每个 IC 的扇出强制实现了许多这些手指是不可避免的,除非我们完全摆脱该部分上的 GND。后者是正确的做法吗?只要是 GND 填充,GND 浇注是有益的还是无害的?

2个回答

所有线路都是单端的(如 UART、SPI、I²C 等),并且可能有 1~3 ns 的转换时间。

这就是你出错的地方。I2C 和 UART 以最快的速度运行在几兆赫兹。SPI 可以在 10 MHz 下运行。不需要像 3 ns 这样快的转换时间。通过放慢这些速度,您可以避免很多悲伤。最简单的方法是在单向方案(UART、SPI)的驱动器上添加串联电阻。对于 I2C,您可以增加上拉电阻以减缓上升时间。要减慢下降时间,您只需要使用较弱的驱动程序(无论如何,任何专用的 I2C 设备都不应该产生如此快的下降时间)。

我想知道,不管其他路由考虑,“手指”A、B、D 和 E 是否应该被移除,或者它们是否有助于减少轨道之间的串扰。

删除它们。

如果您能找到空间在其中放置过孔以将它们连接到它们下方的接地层并在整个长度上保持它们的电压为 0 伏,它们只会减少串扰。甚至那是偶然的。轨道之间的距离越远是减少串扰的更好方法。

我担心地面噪声会使那些“手指”成为良好的天线并产生不必要的 EMI。

完全正确。

是“手指”A、B、D 和 E 是否应该被移除,或者它们可能有助于减少轨道之间的串扰。

它们应该被删除,因为它们并没有真正的帮助,而且很可能会使事情变得更糟。

你的担心似乎是串扰。所以让我们谈一谈。

串扰是指来自一个信号(迹线)的场(电场或磁场)相互作用或与另一个信号(迹线)相交。

这就是“字段”视图中典型信号的样子。在此处输入图像描述

您可以通过几种方式对抗串扰。

  1. 减少上升时间。\$ 串扰 \propto \frac{dv}{dt} \$ 因此,通过减少信号的上升时间,您实际上是在减少 dv/dt,从而减少了串扰。
  2. 将信号分开更远。这样做将减少从攻击者到受害者的场的交互/交叉。领域仍然存在,但你只是在它周围踮起脚尖。 在此处输入图像描述

  3. 拉近你的参考平面。正在寻找的领域正在寻找他们的参考地点。那是它的阻抗最小的路径。场线分布得足够远,以找到它的低阻抗路径。如果你把飞机拉得更近,它的耦合就会更紧密。

在此处输入图像描述

现在,如果你有一个 2 层板并且你不能使板更薄(使两层更靠近),那么你就剩下选项 #1 和 #2。但是,您可以在 2 层板上通过在信号的整个长度上与信号并联地布线来“某种意义上”实现选项 #3。字段将在那里,所以为什么不控制字段与哪个“信号”交互。

在此处输入图像描述

这就是你试图用地面倒在顶层做的事情。为了使其有效,它需要在信号的整个长度(或尽可能接近)(基本上像影子一样跟随它)。所以手指 A、B、D、E 是无效的,并且可能会因为贴片天线而使事情变得更糟,但在我看来,C 是唯一还不错的手指。它对信号并不完全有效,但不会让事情变得更糟。