电路板地线设计 PCB印制电路板导线宽度与间距的选择与确定

　 1.印制电路板布线中的“分地”原则
　　所谓“分地”是指在设计印制电路板时首先应根据不同的电源电压、数字电路和模拟电路、高速电路和低速电路以及大电流电路和小电流电路来分别布设地线分地的主要目的就是为了防止共地线阻抗耪合干扰。
　　根据电路功能模块进行“分地”设计时的一般原则是：
　　①低频电路的地应尽量采用单点并联接地，或采用部分串联后再并联接地；
　　②高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗；
　　③高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
　　若印制电路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短面粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
　　2.接地线应尽量加粗
　　如果接地线采用很细的印制导线，则接地电位随电流的变化而变化，从而降低了抗噪性能。因此应将接地线尽可能加粗，并且至少使它能通过三倍于印制电路板上的允许电流。当然，如有可能，接地线应在2mm一3mm以上。
　　3.数字电路接地线构成闭环电路
　　对于在印制电路板上只数字电路所构成，则其接地电路应布成圆环路形式，这样一般能提高抗噪声能力。
　　4.接地与信号环路
　　控制地层或信号返回环路是印制电路板上的EMI抑制的一个最重要的设计考虑。必须认真分析每一个与射频噪声电子电路产生的射频电流相关的地单点连接，如在印制电路板地与底板大地之间的机械固定等。一般总是把高速的逻辑器件及振荡器安排在尽可能接近地的单点连接点以最小化以涡流形式出现的到底壳地的射频环路。

PCB印制电路板导线宽度与间距的选择与确定

　　根据印制电路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。
　　印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为 0.05mm，宽度为 1~ 1.5mm 时。通过 2A 的电流，温度不会高于 3 ℃ ，导线宽度为 1.5mm 可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选 0.02~0.3mm 导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线．尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，导线可使间距小至 5~8mm。
　　线宽太小,则印刷导线电阻大,线上的电压降也就大,影响电路的性能,线宽太宽,则布线密度不高,板面积增加,除了增加成本外,也不利于小型化.
　　地线，电源线，信号线之间的关系：
　　地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm 。
　　但是对大电流的话，如果电流负荷以20A/平方毫米计算,当覆铜箔厚度为0.5MM时,(一般为这么多,)则1MM(约40MIL)线宽的电流负荷为1A,因此,线宽取1--2.54MM(40--100MIL)能满足一般的应用要求,大功率设备板上的地线和电源,根据功率大小,可适当增加线宽,而在小功率的数字电路上,为了提高布线密度,最小线宽取0.254--1.27MM(10--15MIL)就能满足.
　　同一电路板中,电源线.地线比信号线粗.
　　按上面所说的计算，可以算出20A的电流要20MM
　　这是由于当电流密度确定后，线路的截面积必须与通过的电流成正比。当流通的电流过大时，线路将发热而缩短寿命，严重时会影响周边元器件的的稳定性，或者被烧断。
　　地线，电源线，信号线之间的关系：
　　地线一般在1.5～3mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) 用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
　　1、高低压电源线之间的布线
　　在印制线路板上同时有高压电路和低压电路，高压电路部分的元器件与低压部分要分隔开放置，隔离距离与要承受的耐压有关，通常情况下在2000V时板上要距离20mm，在此之上以比例算还要加大，例如若要承受3000V的耐压测试，则高低压线路之间的距离应在35mm以上，许多情况下为避免爬电，还在印制线路板上的高低压之间开槽。我们做的电路板也有高低压电路，把高低压之间的电路间距用了10mm。
　　2、导线之间的间距
　　相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压。这个电压一般包括工作电压、附加波动电压以及其它原因引起的峰值电压。如果有关技术条件允许导线之间存在某种程度的金属残粒，则其间距就会减小。因此设计者在考虑电压时应把这种因素考虑进去。在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距。
　　3、地线的走线
　　印制导线的屏蔽与接地：印制导线的公共地线，应尽量布置在印制线路板的边缘部分。在印制线路板上应尽可能多地保留铜箔做地线，这样得到的屏蔽效果，比一长条地线要好，传输线特性和屏蔽作用将得到改善，另外起到了减小分布电容的作用。印制导线的公共地线最好形成环路或网状，这是因为当在同一块板上有许多集成电路，特别是有耗电多的元件时，由于图形上的限制产生了接地电位差，从而引起噪声容限的降低，当做成回路时，接地电位差减小。另外，接地和电源的图形尽可能要与数据的流动方向平行，这是抑制噪声能力增强的秘诀；多层印制线路板可采取其中若干层作屏蔽层，电源层、地线层均可视为屏蔽层，一般地线层和电源层设计在多层印制线路板的内层，信号线设计在内层和外层。
　　4、信号线
　　首先信号线要尽量的短，这个基本准则将降低无关信号耦合到信号路径的可能性。一般标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以信号线系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
　　5、接地方式
　　A）. 串联单点接地是指各个单元电路的接地线串联后连向接地点，串联单点接地的方式如图2（a）所示，接地点由工作地线串联起来，然后接地，图2（b）则为其相对应的等效电路图。
　　

　　由以上三式可知A，B，C点的电位并不为零，且受其他电路电流的影响。从防止噪声和抑制干扰的角度出发，这种接地方式是最不适用的。虽然这种接地方式很不合理．但由于比较简单，采用这种接地方式的地方仍然很多，当各电路的电平相差不大时可以便用。在各电路的电平相差很大时，就不能使用，因为高电平电路将会产生根大的地电流，形成很大的地电位差并干扰到低电平电路中去。
　　串联单点接地因各单元共用一条地线，易引起公共地阻干扰。如图三（a）所示．因中印制电路板上单元电路A是低电平模拟放大器，单元电路B是数字电路集成芯片，两者接地点串联后引出印制电路板外接地。而Z1，Z2是相应各段地线的阻抗。工作地线在这里既做电源的回流线又做信号的回流线，数字电路单元B的电源回流含有高频成分，在地线阻抗z1上的压降将与输入模拟信号叠加，加到低电平模拟放大器上，从而产生了共在阻抗干扰。
　　为了消除图三（a）中所示电路的共地阻抗干扰，可以对此进行改进成如图三
　　(b)所示的结构，即将模拟电源回路与数字电源回路完全分离。
　　使用单点接地方式时，要把低电平电路放在距接地点最近的地方，即图二中的A点，因为该点员接近于地电位。

　　图三
　　B)．并联接地
　　并联单点接地是指各个单元电路的接地线各自分别引向接地点。独立地线并联单点接地的方式如图四所示，图中各单元电路分别用地线接于一个接地点，而图四（b）则为其相对应的等效电路图。

　　图四
　　由于并联单点接地方式需要很多根地线，在印制电路板设计时采用起来是比较麻烦而且笨重的。由于分别接地，势必会增加地线长度，进而增加了地线阻抗。另外，这种接地方式还会造成各地线相互之间的电感藕合，地线相互之间的分布电容也在地线之间形成电容藕合。随着频率增加，地线阻抗、地线间的电感锅台及电容锅台都会增大，因此这种接地方式不适用于高频。当频率升高，特别是当地线长度是1／4波长的奇数倍时，地线阻抗变得很高，地线就变成了天线，向外辐射干扰信号。所以地线长度不应超过信号波长的1倍，以防止辐射，并降低地线阻抗。
　　在采用并联单点接地方式时，还必须注意要把最低电平的单元电路布置在靠近接地点的A处，以使B点及C点的电位受影响最小。
　　一般我们都是把这两种接地方式结合起来用，其基本原则为：首先，把容易产生相互干扰的电路各自分成小组，如把模拟电路和数字电路、小功率和大功率电路、低噪声电路和高噪声电路等区分开来；在每一个小组内采用单点串联方式把小组内各电路的接地点串联起来，选择在电平最低的电路处作为小组接地点。
　　在频率较低，地线阻抗不大，组内各电路的电平又相差不大的情况下这种方式用得比较多，因为比较简单，走线和电路图相似，所以电路布线时比较容易。分组后再把各小组的接地点按单点并联的方式分别连接到一个独立的总接地点，混合接法的示意图如下图所示。

　　单点串联和并联混合接地方式
　　一般电子系统与设备中的地线至少有三种：信号地线、噪声地线和金属件地线。信号地线一般用于功率较小的电路，又可以进一步分为模拟电路地线和数字电路地线。噪声地线用在高功率电路例如晶间管、继电器、电动机等容易产生较高噪声的电路。金属件地线指设备机壳、机架和底板等，交流电源中的保护地线应与金属件地线相连。电路板布线的基本知识既适用于模拟电路，也适用于数字电路。一个基本的经验准则是使用不间断的地平面，这一常识降低了数字电路中的 dI/dt(电流随时间的变化)效应，这一效应会改变地的电势并会使噪声进入模拟电路，数字和模拟电路的布线技巧基本相同，但有一点除外。对于模拟电路，还有另外一点需要注意，就是要将数字信号线和地平面中的回路尽量远离模拟电路。这一点可以通过如下做法来实现：将模拟地平面单独连接到系统地连接端，或者将模拟电路放置在电路板的最远端，也就是线路的末端。这样做是为了保持信号路径所受到的外部干扰最小。对于数字电路就不需要这样做，数字电路可容忍地平面上的大量噪声，而不会出现问题。
　　对于一个板子上包含高低频信号，要将高频和低频分开，高频元件要靠近电路板的接插件。

(责任编辑：admin)

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