我是PCB设计的新手。我的电路包含 3.3V 的电压、400 kHz 的最大信号频率和少于 10 个接地的组件。我的 PCB 中真的需要接地层吗?或者更准确地说:我应该什么时候使用地平面?
我什么时候应该使用地平面?
很大程度上取决于您是要制造和销售的商业 PCB,还是您自己使用的一些一次性电路板。如果是前者,那么地面计划对于降低辐射排放以满足 FCC(第 15 部分,无意辐射器)、CE 和其他法规更为重要,尽管我见过很多带有单面板或两面板的商业产品,但没有-地平面。(另一方面,我的一个客户刚刚制作了一个六层板,其中包含三个信号层、一个 Vcc 层和两个接地层,采用三明治配置。)
如果您只有高达 400 kHz 的信号,那么听起来您没有使用微控制器(或者如果您使用的是内部振荡器,因此没有晶体)。如果您在无线面包板或类似设备上对电路进行了原型设计,并且工作正常,那么它应该可以在没有接地层的情况下正常工作。
即使您正在做商业产品,如果您的设备是电池供电的,并且没有高于 1.705 MHz 的信号(在您的情况下是这样),那么它不受 FCC 规则的约束。
首先,您需要确保您的假设是有效的。例如,如果您的电路连接到由开关电源供电的两台设备,那么这些单元之间将有一个共模高频电流流动。电流将流过您的设备,在电路中的迹线阻抗上产生“噪声”电压。
其次:这是否是一个问题完全取决于电路在做什么。您需要估计电路中各个节点之间的走线阻抗,并模拟它们对电路的影响。如果您使用的是诸如 spice 之类的电路建模工具,则应将“实心”连接替换为等效于迹线阻抗的电路。然后,您可以确定这些阻抗上的电压下降是否存在问题。
理想情况下,您应该始终使用地平面。但由于不同的原因,它并不总是可能或合适的:
- 1 层和 2 层 PCB:
对于1层,我认为原因很明显。您可以用铜填充未布线的 PCB 到 GND,但这不是真正的接地层。
对于两层,您并不总是有足够的空间在一层上布线和在另一层上接地,但如果可以的话,即使在接地层上有一些小走线,也要这样做。
- 模拟设计:
某些模拟设计不应参考接地层或应采用星形连接来连接 GND。
例如,如果你正在做一个采集电路,你应该担心不同的参考平面。隔离电源也是如此。
这也取决于您的设计,如果您正在进行 5V CMOS 电平设计,1V 尖峰之类的干扰可能不会影响您的电路行为,而 1.8V 则对行为非常有害。
频率和上升时间相同:与高速电路相比,低速电路不会传播太多 EMC(我不是在谈论信号频率,而是关于上升时间等效频率)。