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減輕雙面PCB中的噪聲：兩層PCB設計中的多點接地（網(wǎng)格接地）
了解如何使用網(wǎng)格接地技術(shù)來減少雙面PCB中的噪聲。
多層板的接地層可以顯著改善電路的噪聲性能。使用雙面電路板時，我們通常不會有接地層，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。
即使我們沒有帶兩層板的接地層，也仍然可以使用一些技術(shù)來改善電路性能。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現(xiàn)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(xù)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PCB上的接地網(wǎng)絡組成的。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，而在頂層上有一些垂直接地走線。此外，在垂直和水平接地走線的交點處有過孔。
如您所見，可以通過接地柵格提供的許多備用返回路徑來閉合電流環(huán)路。盡管有許多并聯(lián)的返回路徑，但大多數(shù)電流將流經(jīng)最接近信號走線的路徑，以最大程度地減小路徑電感。在圖中示出了可能表現(xiàn)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過孔才能將信號走線布線在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(shù)頂層走線垂直放置，將大多數(shù)底層走線水平放置，以減少通孔的數(shù)量。
效果如何？
檢查接地系統(tǒng)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接地的類似設計的電壓差。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）。根據(jù)這項研究，當采用接地柵格技術(shù)時，電路板的輻射降低了約7 dB。
為了顯著降低接地電路電感，應使用0.5英寸或更小的接地柵距。通常，隨著工作頻率的增加，我們可能需要使用更細的網(wǎng)格來提供更多的并行路徑并降低接地系統(tǒng)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，頂層的垂直接地線將被電源線取代。水平構(gòu)件接地。請注意，這些接地走線位于電路板的底部，并且是連續(xù)的。它們不會被頂層的電源走線中斷。圖4的接地網(wǎng)格將起作用，因為交流返回電流可以沿著接地走線或電源走線同樣好地流回其電源。由于在該方案中無法使用過孔，因此我們必須在垂直和水平走線的交點處使用旁路電容器。這些電容器應具有高品質(zhì)，以使電流輕松流回其驅(qū)動柵極。
我們還可以在頂層和底層都有接地和電源走線。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(xiàn)在返回電流可以流經(jīng)接地走線和電源走線。流經(jīng)電源走線的那部分返回電流將使用一個旁路電容器到達附近的接地走線，通過它可以流回驅(qū)動柵極。
如果電路板空間限制不允許您使用寬走線，則可以使用窄走線來實現(xiàn)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，也可能會向電網(wǎng)系統(tǒng)增加許多平行路徑，并降低接地電感（高頻因素）。