PCB接地技术指南

跳转到：

• 什么是接地？
• 接地术语
• PCB 接地技术
• 接地时的注意事项
• 确保所有内容都已连接
• 保持地面层完整
• 尽量减少串联通孔的使用
• 有一个共同点

接地是任何电子电路和任何处理电流的系统的关键概念。从电网到家庭再到印刷电路板 (PCB)，一切都有接地线。 PCB 对几乎所有电子设备的功能都至关重要，每个 PCB 都需要适当的接地才能正常工作。

人们使用术语地面来描述各种概念。在本文中，我们将讨论这些概念、PCB 中接地的重要性以及可用于 PCB 接地的不同方法。

什么是 PCB 接地层？

印刷电路板上的接地层是一个导电体，它充当电位电压的任意节点和电流的公共回路。它是零参考点或零伏特。接地是您作为信号基础的参考。

在电子学中，接地是电路中某个点的名称。在一个电池有正负极的电路中，负极通常称为地。

一些电路具有称为正极、负极和接地的连接。在这些情况下，接地是电压测量的负端子和正端子之间的中点。如果电压为 9，则接地层将为 4.5 伏。但是，您可以将接地称为零，正极端子为 4.5 伏，负极端子为 -4.5 伏。您可以这样做，因为电压是两点之间的测量值，而 4.5 和 -4.5 之间仍然相差 9。

接地技术使用不当会显着降低系统性能。您必须管理接地的各个方面，包括控制杂散接地和信号返回电压，这会降低性能。外部信号耦合、常见电流和其他问题可能会导致这些电压。正确布线和调整导体尺寸、采用差分信号处理和使用接地隔离技术有助于控制这些不需要的电压。

在混合信号模拟和数字环境中工作时，还有一些特殊注意事项。在处理具有宽动态范围的信号时，接地有助于将噪声降至最低。

接地术语

有多种类型的节点被称为接地，包括浮动接地、虚拟接地和接地。

• 浮动场地： 这些节点是孤立系统中的参考点，与地球没有物理连接。
• 虚拟场地： 这些节点可以在运算放大器反相端的负反馈电路中找到。当同相输入为零伏时，反馈将使反相端与其相匹配，形成一个稳定的电路。该值不是其他电路的稳定返回值，仅由反馈保持。
• 交流电接地： 这些节点具有低阻抗 DC 值。即使受到小的干扰，该直流电压也是稳定的。由于它的直流值，这个节点不能作为合适的地，但是因为它是稳定的，所以可以作为参考点。
• 接地： 在大型电气系统中，大地实际上是与大地的连接。例如，每栋房屋都有一根铜杆，该铜杆插在地下以消耗多余的电流。
• 底盘接地： PCB 中的电子设备无法连接到物理接地，但机箱接地具有相同的用途。该接地是从交流电源到产品外壳或底盘的安全线的连接。

由于接地和机箱接地具有相同的功能，因此这些术语通常与术语安全接地互换使用。

在 PCB 接地方面，没有一种万能的方法。要确定将系统接地的最佳方式，您需要了解其中电流的流动方式。但是，有多种方法可供选择，以及适用于大多数系统的最佳接地实践的一些提示。要确定适合您的电路板的方法，您需要确保您了解电路板的设计，并且可能需要尝试多种技术。

索取免费报价

PCB接地技术

有多种技术可用于将 PCB 接地。以下是当今最常用的一些方法。

1.地平面

一种常见的技术是使用接地层，它是 PCB 上的一大块铜。通常，PCB 制造商会使用铜接地层覆盖所有没有元件或走线的区域。

在两层板中，标准的PCB地平面规则表明地平面应该放在板子的底层，而元件和信号走线在顶层。

最好避免形成由接地层形成的导电材料环，因为这会使接地层更容易受到电磁干扰 (EMI) 的影响。该导电环充当电感器，外部磁场可能会产生称为接地回路的电流。如果将接地层放置在整个底层上，然后移除具有电子元件的部件，您最终可能会得到一个导电环。为避免此问题，请使走线尽可能短，并在映射它们之后，放置您的地平面，使其完全在它们下方运行。您可能需要调整走线和组件的布局，以避免创建导电环。

接地层通常也位于电路板的两侧。在某些情况下，组件侧的平面保持在电源电压，而电路板另一侧的平面接地。接地层连接到组件和连接器的接地引脚，以使整个 PCB 的接地电压保持在同一水平。

在两层 PCB 上，您还可以使用多个接地层。每个平面应单独连接到电源，以保持平面分开并防止发生接地回路。

2。接地层过孔

如果 PCB 的两侧都有接地层，它们将通过板上许多不同位置的过孔连接。这些通孔是穿过电路板并将两侧相互连接的孔。它们允许您从任何可以插入通孔的地方访问接地层。

使用过孔可以帮助您避免接地环路。它们将组件直接连接到接地点，接地点通过低阻抗连接到电路的所有其他接地点。它们还有助于缩短返回循环的长度。

铜片（例如接地层）可能会在流入其中的电流频率的四分之一波长处产生谐振。以特定间隔在接地层周围放置缝合过孔有助于控制这一点。一个实用的经验法则是将接地通孔放置在八分之一波长或更小的地方。这是可行的，因为迹线上的短截线仅在八分之一波长时才开始成为问题。

要创建通孔，您需要在电路板上钻小孔，然后将细铜线穿过它们，然后将它们焊接到每一侧以形成必要的连接。

3.连接器接地

PCB 中的所有连接器都应接地。在连接器中，所有信号线必须并行运行。因此，您必须使用接地引脚将连接器分开。

每块电路板可能需要多个连接器引脚连接到地。只有一个引脚可能会导致阻抗不匹配问题，从而导致振荡。如果两个连接导体的阻抗不匹配，它们之间流动的电流可能会来回反弹。这些振荡会改变系统的性能并导致其无法按预期工作。连接器的每个引脚的接触电阻很低，但可能会随着时间的推移而上升。因此，最好使用多个接地引脚。 PCB 连接器中大约 30% 到 40% 的引脚应该是接地引脚。

连接器有不同的间距，并且可以有不同数量的引脚排。连接器的引脚也可以与 PCB 表面平行或成直角。

4.解耦

PCB 包含一个或多个集成电路芯片，这些芯片需要电源才能运行。这些芯片具有将它们连接到外部电源的电源引脚。它们还有接地引脚，将它们连接到 PCB 的接地层。在电源和接地引脚之间，有一个去耦电容器，用于消除提供给芯片的电压的振荡。去耦电容的另一端连接到地平面。

使用去耦电容器的主要原因之一与功能有关。去耦电容器可以充当电荷存储设备。当集成电路 (IC) 需要额外电流时，去耦电容可以通过低电感路径为其提供电流。因此，去耦电容最好靠近IC电源管脚放置。

另一个主要目的是减少输入电源和接地平面对的噪声并降低 EMI。两个主要问题会导致这种噪音。一种是去耦电容，它不能提供足够的电流，导致 IC 电源引脚上的电压暂时降低。另一种是使用具有快速开关信号的过孔在电源层和接地层之间有意发送的电流。

您应该根据其两个功能为设计选择去耦电容器的位置和数量。通常，将电容器分布在整个电路板上是最好的方法——尝试在 IC 接地和电源引脚附近放置一些以使用。还建议使用最高电容值，并且最好将所有电容保持在相同的值。您可能还想使用高等效串联电阻 (ESR) 和普通电容器的组合。

要记住的 PCB 接地规则

接地是任何 PCB 设计的重要组成部分。所有 PCB 设计都必须遵循某些接地惯例。以下是接地时要记住的几个提示。

1.确保一切都已附加

确保您的 PCB 布局中没有任何东西是未连接的。建议用连接到接地板的铜和过孔填充任何开放空间。通过这样做，您可以确保有一个结构化的路径，使您的所有信号都能有效地到达地面。

2。保持地面层完整

如果您有专用的接地层，就像许多四层板一样，请确保其上没有任何路由走线。通过添加路由走线来划分接地层会创建一个接地电流回路。相反，请确保地面层保持完整。

3.有一个共同点

每个 PCB 都应该有一个单一的点，所有的接地都聚集在一起。通常，这是产品的金属框架或底盘。它也可以是电路板的专用层。这个单点通常被称为星形接地，因为各种导体从这个位置以某种类似于星形的图案延伸。在混合信号应用中，可能存在单独的模拟和数字电源，它们具有在星点处相交的单独模拟和数字地。

4.尽量减少串联通孔的使用

最好尽量减少接地路径上的过孔数量，并尽可能将组件接地直接连接到接地层。在板上添加额外的过孔会产生更大的阻抗。这种考虑对于可能导致阻抗路径变成电压差的快速瞬态电流尤其重要。

5.布线前设计接地

接地应在任何布线之前设计。接地是布线过程的基础，因此正确设计接地至关重要。如果接地设计不当，则整个设备都处于危险之中，而如果一个信号没有按预期工作，则情况并非如此。

6.了解您的电流是如何流动的

了解电路板上的电流流向有助于确保正确接地。必须考虑信号的去向以及它将采用的返回路径。信号的发送和返回路径具有相同的电流，这会影响接地反弹和电源稳定性。

7.准备地面之间的动态差异

在多板系统中，当在板之间发送接地连接时，规划动态变化非常重要。在处理需要长距离电缆的应用时，这一点尤其重要。光隔离器、低压差分信号和共模扼流圈有助于控制方差。

8.牢记混合信号注意事项

当同时处理模拟和数字信号时，您需要小心规划。电路板的模拟部分应保持隔离，包括模数转换器 (ADC) 和数模转换器。您可以将 ADC 的地连接回一个公共接地点，您可以将数字信号传递到 PCB 的其他部分。

与 Millennium Circuits Limited 合作满足您的 PCB 需求

正确接地是所有 PCB 的关键考虑因素。围绕这个概念经常存在混淆，实施起来也很困难。确保您了解设计中的电流，并采用本文中描述的一些实践和技术会有所帮助。

与 Millennium Circuits 等经验丰富的 PCB 供应商合作也会有所帮助。我们可以帮助确保您收到的 PCB 为您的应用使用了正确的接地技术。如有任何问题或寻求帮助，为您的下一个项目寻找完美的 PCB，请联系我们。请求快速报价以立即开始。

索取免费报价