多層板的接地層可以顯著提高電路的噪聲性能。對(duì)于雙面板，我們通常不能有地平面，我們希望有更多的噪音和排放。由于這個(gè)限制，我們更喜歡多層板，除非成本目標(biāo)迫使我們使用雙層板。

即使我們沒有帶有雙層板的地平面，仍然是可用于改善電路性能的技術(shù)。本文介紹了接地網(wǎng)格技術(shù)，它允許我們?yōu)殡p面電路板實(shí)現(xiàn)高效的接地電路。

地平面如何降低電路板噪聲？為了更好地理解“地網(wǎng)”技術(shù)的運(yùn)行，它將幫助您首先了解PCB中地平面的功能。請(qǐng)查看我的文章，了解地面如何在需要之前減少電路板噪聲。

什么是網(wǎng)格化地平面？

地面網(wǎng)格由PCB上的接地網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建。例如，如圖1所示，我們可以在電路板底層有一些水平接地走線，頂層有一些垂直接地走線。此外，在垂直和水平地面軌跡的交叉點(diǎn)處有過孔。

圖1。圖片由TI提供。

上述技術(shù)如何創(chuàng)建低電感地系統(tǒng)？圖1中的網(wǎng)格相當(dāng)粗糙。圖2中顯示了更精細(xì)的接地網(wǎng)格（不區(qū)分底部和頂部接地跡線）。信號(hào)走線將左上角的柵極輸出連接到右下角的柵極輸入。

圖2。圖片由EMC和印刷電路板提供。

如您所見，可以通過地面網(wǎng)格提供的許多替代返回路徑關(guān)閉當(dāng)前循環(huán)。雖然有許多并聯(lián)的返回路徑，但大部分電流將流過最靠近信號(hào)走線的路徑，以最小化路徑電感。圖中顯示了可能具有相對(duì)較小電感的可能返回路徑。

請(qǐng)注意，對(duì)于接地網(wǎng)格，您可能必須使用多個(gè)過孔來在PCB上布線信號(hào)走線。如圖3所示（圖2的概念圖中沒有顯示）。

圖3。圖片由電磁兼容性介紹提供。

因此，它更好使大多數(shù)頂層跡線垂直運(yùn)行，大部分底層跡線水平延伸，以便需要更少的過孔。

它的效率如何？

檢查地面系統(tǒng)有效性的一種方法是測(cè)量電路板上各種IC之間的接地噪聲電壓。一項(xiàng)研究比較了使用接地網(wǎng)格的雙層電路板的IC的接地引腳與采用單點(diǎn)接地的類似設(shè)計(jì)的接地引腳之間的電壓差。該研究表明，接地網(wǎng)可以將IC的接地引腳之間的電壓差從1000 mV降低到100 mV（這是各種IC組合之間的最佳改進(jìn)）。根據(jù)這項(xiàng)研究，當(dāng)應(yīng)用地面網(wǎng)格技術(shù)時(shí)，電路板輻射減少了約7 dB。有關(guān)此研究的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱Henry W. Ott的電磁兼容性工程的第10.5.3節(jié)。

為了顯著降低接地電路電感，應(yīng)使用0.5英寸或更小的接地網(wǎng)格間距。通常，隨著工作頻率的增加，我們可能需要使用更精細(xì)的網(wǎng)格來提供更多的并行路徑并降低接地系統(tǒng)電感。接地網(wǎng)格技術(shù)與工作頻率高達(dá)10 MHz的電路兼容;在這個(gè)頻率之上應(yīng)該使用地平面。

地面網(wǎng)格技術(shù)的其他版本

不同的書籍和應(yīng)用筆記都提出了略有不同的版本地網(wǎng)技術(shù)。雖然圖1的地面網(wǎng)格僅出現(xiàn)在地面軌跡上，但霍華德·約翰遜和馬丁·格雷厄姆所著的“高速數(shù)字設(shè)計(jì)：黑魔法手冊(cè)”一書建議如圖4所示。

圖4。圖片由霍華德提供來自高速數(shù)字設(shè)計(jì)的Johnson和Martin Graham：黑魔法手冊(cè)。

在這種情況下，頂層的垂直接地線被電源線替換。水平構(gòu)件連接到地面。請(qǐng)注意，這些接地走線位于電路板的底部并且是連續(xù)的;它們不會(huì)被頂層的電源線斷開。圖4的接地網(wǎng)格將起作用，因?yàn)榻涣骰亓麟娏骺梢匝刂拥刈呔€或電源走線同樣良好地流回其源極。由于過孔不能用于此方案，我們必須在垂直和水平走線的交叉點(diǎn)使用旁路電容。這些電容應(yīng)具有高質(zhì)量，以使電流容易流回其驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O。

我們還可以在頂層和底層上都有接地和電源走線。如圖5所示。

圖5. 圖片由TI提供。

這將占用更多的電路板空間，但我們預(yù)計(jì)它會(huì)表現(xiàn)出更低的電感，因?yàn)楝F(xiàn)在返回電流可以流過接地走線和電源走線。流過電源走線的返回電流部分將使用旁路電容到達(dá)附近的接地走線，通過它可以流回驅(qū)動(dòng)門。

如果電路板空間有限，則不允許使用寬跡線，您可以使用窄跡線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格。如圖6所示。

圖6。圖片由電磁兼容工程提供。

寬走線可以提供更低的電阻，這對(duì)于低頻考慮非常重要;然而，即使是窄的跡線也可以為電網(wǎng)系統(tǒng)增加許多并行路徑并降低接地電感（高頻率）。

結(jié)論

接地路徑電感可通過幾種不同的機(jī)制增加電路板噪聲。多層板允許我們擁有可以顯著降低接地電感的堅(jiān)固接地層。然而，對(duì)于雙面板，我們必須采用其他技術(shù)，例如接地網(wǎng)，來實(shí)現(xiàn)低電感接地系統(tǒng)。一項(xiàng)研究表明，地面電網(wǎng)可以將發(fā)射減少約7 dB，地電壓差異減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。