模擬地、數(shù)字地、主地你的PCB地線走的對嗎？竟然

第第頁模擬地、數(shù)字地、主地，你的PCB地線走的對嗎？竟然、、原文來自微信公眾號：（工程師）看海

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（PCB）layout需要豐富的經(jīng)驗和扎實的理論基礎(chǔ)支持，還要多踩幾個坑，多做幾個（仿真）加深對走線的理解，才能形成閉環(huán)的走線設(shè)計，今天介紹一個和GND走線相關(guān)的案例，在（手機）領(lǐng)域會影響相機畫質(zhì)、在醫(yī)療領(lǐng)域會影響生物電（信號）采集信噪比，如果不理解背后的原理，只會復(fù)制原理圖或PCB的話，往往達不到電路的最佳性能。

地線在PCB走線中，通常有三種作用：

回流

控制阻抗

屏蔽

今天介紹的案例是和回流相關(guān)（本次討論以低頻為主），地線上的電壓波動會影響到對噪聲敏感的（模擬）電路。上圖是一種地線走線示意圖，（數(shù)字電路）和模擬電路的GND最終都要匯聚一起和電池的地連接，也就是說數(shù)字（電流）Id和模擬電流Ia最終都要匯集在一起，那么這兩路電流Id和Ia就用公用地線部分，如上圖括號內(nèi)所示，一般而言數(shù)字電流Id的波動是比較大的，而模擬電流Ia的波動略小。數(shù)字電Id的波動在共用地線部分會引起電壓波動，這個波動就會被模擬電路感應(yīng)到，進而引起信號質(zhì)量下降，比如共用地部分的電阻是20mΩ，而數(shù)字電流Id波動是1A，那么引起的電壓波動△V就是0.02*1=0.02V，這個20mV被模擬電路的（放大器）感應(yīng)到將會以噪聲形式出現(xiàn)，這就是地線阻抗大的后果。

緩解的方法如下：減小地線的電阻，縮短模擬電路和數(shù)字電路共用地線，把模擬電路和數(shù)字電路通過磁珠隔離進一步壓制干擾，假如數(shù)字電路電流波動不變，依然是1A，共用的地的電阻降低到2mΩ，此時數(shù)字電路在共地部分引起的電壓波動只有0.002*1=0.002V，比上面的20mV小了很多，同時，有磁珠的存在還會進一步壓制這個噪聲，提高模擬電路的信噪比或者是共模抑制比。直觀點說就是：不管你數(shù)字電路的地/（電源）怎么跳動，都影響不到我模擬電路的地/電源。

正是基于上面的介紹，所以一般電路板都會進行大面積的鋪銅（大面積鋪地平面，減小阻抗，增加回流能力），減少地的電阻。上面介紹的是地線的處理，對于模擬電路和數(shù)字電路共用電源的處理也是類似的方法（不過通常而言，不建議模擬電路和數(shù)字電路共用電源）。

所以呢，有的人就不建議在地平面上打大量的其他電氣屬性的孔，或者是走線，這就是通常所說的支離破碎的地，這樣容易增加地線的電阻（或阻抗），甚至是有隱藏的電阻瓶頸存在被工程師忽略而引起嚴重的問題。比如下圖高亮的紅色銅皮，兩塊白色方框內(nèi)的銅皮看起來很大，其實他們的連接僅僅只有綠色部分窄窄的一條，這里就是阻抗瓶頸。

上面提到的僅僅只是直流電壓波動，對于高頻數(shù)字電路而言，電流的波動更復(fù)雜，含有非常豐富的電壓或電流諧波，此時就要考慮頻率這個參數(shù)了，圍繞頻率這個參數(shù)，就要考慮地線的寄生（電容）或寄生電感等參數(shù)，這在高端（CPU）中就格外重要，PCB走線要求更嚴格，這就是電源的PDN設(shè)計，在后面的（DC）R仿真和PDN仿真會有更詳細的介紹。

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原文來自微信公眾號：工程師看海

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