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減輕雙面PCB中的噪聲：兩層PCB設計中的多點(diǎn)接地（網(wǎng)格接地）
了解如何使用網(wǎng)格接地技術(shù)來(lái)減少雙面PCB中的噪聲。
多層板的接地層可以顯著(zhù)改善電路的噪聲性能。使用雙面電路板時(shí)，我們通常不會(huì )有接地層，并且我們期望噪聲和發(fā)射更多。由于這一限制，除非成本目標迫使我們使用兩層板，否則我們更喜歡多層板。
即使我們沒(méi)有帶兩層板的接地層，也仍然可以使用一些技術(shù)來(lái)改善電路性能。本文介紹了接地柵格技術(shù)，該技術(shù)使我們能夠為雙面電路板實(shí)現高效的接地電路。
接地層如何減少電路板的噪聲？為了更好地理解“接地網(wǎng)格”技術(shù)的操作，它將幫助您首先了解PCB中接地層的功能。請在繼續之前閱讀我有關(guān)接地層如何減少電路板噪聲的文章。
什么是網(wǎng)格接地平面？
接地網(wǎng)格是由整個(gè)PCB上的接地網(wǎng)絡(luò )組成的。例如，如圖1所示，我們可以在電路板的底層上有一些水平接地走線(xiàn)，而在頂層上有一些垂直接地走線(xiàn)。此外，在垂直和水平接地走線(xiàn)的交點(diǎn)處有過(guò)孔。
如您所見(jiàn)，可以通過(guò)接地柵格提供的許多備用返回路徑來(lái)閉合電流環(huán)路。盡管有許多并聯(lián)的返回路徑，但大多數電流將流經(jīng)最接近信號走線(xiàn)的路徑，以最大程度地減小路徑電感。在圖中示出了可能表現出相對較小的電感的返回路徑。
請注意，對于接地柵格，您可能必須使用多個(gè)過(guò)孔才能將信號走線(xiàn)布線(xiàn)在PCB上。如圖3所示（圖2的概念圖中未顯示）。
因此，最好將大多數頂層走線(xiàn)垂直放置，將大多數底層走線(xiàn)水平放置，以減少通孔的數量。
效果如何？
檢查接地系統有效性的一種方法是測量板上各種IC之間的接地噪聲電壓。一項研究比較了使用接地柵格的兩層板的IC的接地引腳之間的電壓差與具有單點(diǎn)接地的類(lèi)似設計的電壓差。研究表明，接地格柵可以將IC的接地引腳之間的電壓差從1000 mV減小到100 mV（這是各種IC組合之間的最佳改進(jìn)）。根據這項研究，當采用接地柵格技術(shù)時(shí)，電路板的輻射降低了約7 dB。
為了顯著(zhù)降低接地電路電感，應使用0.5英寸或更小的接地柵距。通常，隨著(zhù)工作頻率的增加，我們可能需要使用更細的網(wǎng)格來(lái)提供更多的并行路徑并降低接地系統的電感。接地柵格技術(shù)可兼容最高10 MHz的電路；高于此頻率，應使用接地層。
在這種情況下，頂層的垂直接地線(xiàn)將被電源線(xiàn)取代。水平構件接地。請注意，這些接地走線(xiàn)位于電路板的底部，并且是連續的。它們不會(huì )被頂層的電源走線(xiàn)中斷。圖4的接地網(wǎng)格將起作用，因為交流返回電流可以沿著(zhù)接地走線(xiàn)或電源走線(xiàn)同樣好地流回其電源。由于在該方案中無(wú)法使用過(guò)孔，因此我們必須在垂直和水平走線(xiàn)的交點(diǎn)處使用旁路電容器。這些電容器應具有高品質(zhì)，以使電流輕松流回其驅動(dòng)柵極。
我們還可以在頂層和底層都有接地和電源走線(xiàn)。如下圖5所示。
這將占用更多的電路板空間，但我們希望它具有較低的電感，因為現在返回電流可以流經(jīng)接地走線(xiàn)和電源走線(xiàn)。流經(jīng)電源走線(xiàn)的那部分返回電流將使用一個(gè)旁路電容器到達附近的接地走線(xiàn)，通過(guò)它可以流回驅動(dòng)柵極。
如果電路板空間限制不允許您使用寬走線(xiàn)，則可以使用窄走線(xiàn)來(lái)實(shí)現網(wǎng)格。如圖6所示。
圖6.圖片由電磁兼容性工程提供。
較寬的走線(xiàn)可以提供較低的電阻，這對于低頻因素很重要；然而，即使是一條狹窄的走線(xiàn)，也可能會(huì )向電網(wǎng)系統增加許多平行路徑，并降低接地電感（高頻因素）。