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在 PCB 设计中，接地和电压布线是非常关键的环节，它们直接影响到电路板的性能、稳定性和电磁兼容性等诸多方面。以下是一些注意事项：

接地（GND）布线

• 单点接地原则
  • 在低频电路（通常频率低于 1MHz）中，单点接地是一种有效的方式。它可以避免不同电路模块之间的地电流相互干扰。例如，一个简单的音频放大电路，将前置放大电路和功率放大电路的地分别连接到一个公共的接地点上，而不是随意连接，这样可以防止功率级地电流干扰敏感的前置级。
  • 对于复杂的系统，可以采用树形的单点接地结构。各个子模块的地先汇聚到各自的分支点，然后再汇总到一个总的接地点，就像树的分支汇聚到树干一样，这样有助于清晰地划分地电流路径。
• 多点接地在高频电路中的应用
  • 当电路工作频率较高（一般高于 10MHz）时，由于接地导线的电感效应不能忽视，多点接地就更为合适。例如在射频（RF）电路中，通过将电路的各个部分就近接地，利用整个金属机壳或接地平面作为接地参考，可以减小接地电感，降低地电位差。
  • 接地平面是实现高频多点接地的有效方式。在多层 PCB 设计中，专门设置一层完整的接地平面。所有需要接地的元件引脚或线路都可以短而直接地连接到接地平面上，这有助于提供低阻抗的接地路径，并且能有效地屏蔽电磁干扰。
• 地环路问题及避免措施
  • 地环路是指由于不同接地点之间存在电位差，导致电流在接地回路中流动，从而可能产生干扰信号。例如，当两个设备通过电缆连接，且它们各自的接地系统连接到不同的接地点时，就容易形成地环路。
  • 为避免地环路，可以使用隔离变压器、光耦合器或共模扼流圈等。隔离变压器可以切断地环路中的直流路径，光耦合器则通过光信号传输来隔离电气连接，共模扼流圈可以抑制地环路中的共模电流。
• 模拟地和数字地的分离与连接
  • 在同时含有模拟电路和数字电路的 PCB 设计中，模拟地和数字地应该分开布线。因为数字电路中的高速开关信号会在接地路径中产生噪声，干扰模拟电路的正常工作。例如，在一个同时有模数转换器（ADC）和微处理器的电路板上，ADC 的模拟地和微处理器的数字地应先分别布线。
  • 在合适的位置将模拟地和数字地连接起来，一般是在靠近模数转换器（ADC）或数模转换器（DAC）的地方，通过一个磁珠或者 0Ω 电阻连接。磁珠对高频信号有较大的阻抗，可以阻止数字地的高频噪声窜入模拟地，而 0Ω 电阻则主要用于在直流和低频情况下保证地的连通性。

电压布线

• 电源线宽度的合理选择
  • 根据通过电源线的电流大小来确定线宽。一般可以使用公式 （其中是电流，是修正系数，是允许的温升，是线宽）来计算所需的线宽。例如，对于承载 1A 电流的电源线，如果允许温升为 10℃，根据经验公式计算出合适的线宽，以避免因线宽过窄导致电源线过热。
  • 同时，还要考虑 PCB 制造工艺的限制。如果线宽过窄，在制造过程中可能会出现断线的情况；如果线宽过宽，又会占用过多的布线空间。一般来说，PCB 制造工艺可以支持的最小线宽可能在 4 - 6mil 左右，而在布线空间允许的情况下，对于大电流的电源线，线宽可以达到几十 mil 甚至更宽。
• 电压降的控制
  • 在长距离传输电压的情况下，要考虑电压降的影响。例如，在一个大尺寸的 PCB 板上，如果为一个远端的负载供电，由于电源线本身的电阻，会产生一定的电压降。可以通过缩短电源线长度、增大线宽来减小电阻，从而降低电压降。
  • 根据欧姆定律 （其中是电压降，是电流，是电源线电阻）来计算电压降的大小。如果电压降超过了负载允许的范围，可能会导致负载无法正常工作，因此需要合理规划电源线的走向和宽度。
• 避免电源线和信号线的交叉干扰
  • 尽量使电源线和信号线相互垂直交叉，而不是平行布线。因为平行布线时，电源线中的电流变化可能会在信号线中感应出干扰信号。例如，在数字电路中，当 CPU 的电源线与地址线或数据线平行布线时，电源线中的开关电流产生的磁场可能会耦合到信号线上，造成信号完整性问题。
  • 在无法避免平行布线的情况下，可以采用地平面或电源平面进行隔离。在多层 PCB 中，将电源线布置在一层，信号线布置在另一层，中间通过接地平面或电源平面进行隔离，这样可以有效减少电源线和信号线之间的电磁耦合。

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