几周前我做了一个两层板,它有一个专用的地平面。我在顶层路由了 90% 的信号,而对于最后 10%,我必须将它们路由通过底部(接地)平面。
有人告诉我,一般来说,接地平面损坏是一种不好的做法,因为它不如坚固的接地层有效。为什么会这样?
这也适用于电源层吗?作为最后的手段,我应该只通过我的 Vcc 平面路由信号吗?如果我这样做,我会牺牲什么?
几周前我做了一个两层板,它有一个专用的地平面。我在顶层路由了 90% 的信号,而对于最后 10%,我必须将它们路由通过底部(接地)平面。
有人告诉我,一般来说,接地平面损坏是一种不好的做法,因为它不如坚固的接地层有效。为什么会这样?
这也适用于电源层吗?作为最后的手段,我应该只通过我的 Vcc 平面路由信号吗?如果我这样做,我会牺牲什么?
想想流过接地层的高频电流。
在低频下,电流遵循电阻最小的路径(字面意思)。就电阻而言,地平面中的岛并不是什么大问题。岛的两侧仍有大量铜,因此电流可以在其周围流动而电压降很小。
但是,在高频下情况看起来有所不同。接地层中的高频返回电流倾向于遵循与其他层上的正向电流相同的路径。这是一个有用的特性,因为它最小化了总电流回路面积,因此它辐射更少,并且回路也不太容易受到入射辐射的影响。地平面中的孤岛迫使电流绕过它们,这可能会显着增加高频电流的环路面积。从另一个角度来看,您可以将顶层的导体视为与接地层形成传输线。岛断开此传输线,这会增加阻抗,从而增加跨接地层的电压降。
另一个效果是被称为“槽天线”的东西。这是偶极子的倒数,但在辐射和接收方面就像偶极子一样。如果你有高频电流沿着导电片的长度流过,然后在该片上垂直于电流切割一个槽,你就有一个槽天线。这是金属机箱中的气流孔通常是一堆孔,而不是插槽或单个大开口的原因之一。
在两层板上,您通常必须将一些信号路由到底层。但是,您希望尽可能将底层保留为接地层。从上面的分析可以看出,小岛越多,大岛越少。您要争取的指标是最小化任何岛屿的最大尺寸。
我经常使用 Eagle 及其自动路由器来处理这些事情。在最初的几次路由过程中,我设置成本只是为了找到路由解决方案。在后面的过程中,我假设已经找到了一个解决方案,现在需要对其进行优化,以最大限度地减少对地平面的损坏。为此,我将接地层成本设置为高,而将通孔成本设置为较低。这导致接地层中的“跳线”更短,而不是长走线。不幸的是,即使将拥抱参数设置为 0,Eagle 仍然倾向于将这些跳线聚集在一起。在最后的自动路由之后,我手动清理了一点地平面。这通常不会改变拓扑结构,而是主要将各个跳线彼此分开,以便它们之间有铜流过。
这是这样一块板的底层图:
这显示了我们的USBProg PIC Programmer的底层。如此复杂的电路无法在单层上布线,但请注意底层有许多单独的小岛,而不是长走线或大块跳线。在大多数情况下,高频返回电流仍然可以在不偏离其理想路径的情况下流动。