减少地弹的方法: pcb 设计技巧

方法 #1: 使用解耦电容器实现地面弹跳的实现

       减少地弹的解决方案是在每个电源导轨和尽可能接近 ic 的接地之间安装 smd 解耦电容器。远解耦电容器具有增加电感的长轨迹, 因此您无需将其安装到远离 ic 的地方。当 ic 模具开关状态上的晶体管时, 它们会改变模具和局部电源导轨上晶体管的电势。

解耦电容器为 ic 提供了一个临时的、低阻抗的稳定电位, 并将反弹效应本地化, 以防止其扩散到电路的其余部分。通过将电容器保持在 ic 附近, 可以最大限度地减少 pcb 轨迹中的感应环路面积, 并减少干扰。

       对于新设计人员来说, 需要注意的是: 解耦电容器并不总是显示在原理图上, 有时也不会在数据表中提及。这并不意味着设计不需要它们。解耦电容器被认为是成功设计的基础, 因此作者会认为您知道您需要它们, 有时还会将其从原理图中删除, 以减少杂波。选择 100 nf (0.1 uf) X7R 或 np0 陶瓷, 除非数据表指示您不这样做。

       混合信号 ic 通常具有单独的模拟和数字电源引脚。您应该在每个电源输入引脚上安装解耦电容器.电容器应位于连接到 pcb 上相关电源平面的 ic 和多个通孔之间。file:///C:/Users/13067/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps8BDF.tmp.jpg

file:///C:/Users/13067/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps8BE0.tmp.png
                                解耦电容器应与带有通孔的动力平面连接。

        首选多个通道, 但由于电路板尺寸要求, 通常无法使用。如果可以的话, 使用铜水或泪状物连接通道;如果钻头稍微偏离中心, 额外的铜有助于将通过连接到跟踪。

file:///C:/Users/13067/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps8BE1.tmp.png上面显示的是 ic (u1) 和四个电容器 (c1、c2、c3、c4) 的铜板。c1 和 c2 是用于高频干扰的解耦电容器。根据数据表建议, 将 c3 和 c4 添加到电路中 。由于其他平面的限制, 通过放置并不理想.

        有时, 在物理上不可能将解耦电容器放置在 ic 附近。但是, 如果你把它远离 ic, 你会创建一个感应回路, 使你的地面反弹问题更严重。幸运的是, 有解决这个问题的办法。

        解耦电容器可以放置在 ic 下方电路板的另一侧。

        而且, 在绝望的情况下, 您可以在电路板内使用相邻层上的铜制造自己的电容器。这些被称为嵌入式平面电容器, 由平行铜粉组成, 由 pcb 中非常小的介电层隔开。这种类型的电容器的另一个额外好处是, 唯一的成本是设计师的时间。

方法 #2: 使用电阻器来限制电流流

        使用串行连接的限流电阻, 以防止过多的电流流入和流出您的 ic。

        这不仅有助于您的功耗, 防止设备过热, 而且会限制从您的输出线路通过 mosfet 流向 vss 和 gnd 导轨的电流, 从而减少地弹。

方法 #3: 使用路由来降低电感

        如果可能, 在相邻的跟踪或相邻图层上保留返回路径。由于存在厚芯材料, 电路板上第1层和第3层之间的距离通常是第1层和第2层之间距离的几个倍数。信号和返回路径之间任何不必要的分离都会增加该信号线的电感以及地面反弹的后续影响。

        让我们评估一个实际的电路板示例。在下面的图像中, 您可以看到 arduino uno 的 pcb 布局。file:///C:/Users/13067/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps8BE2.tmp.png                                         模拟和数字地线分别以白色和黄色突出显示.

        正如你所看到的, 电路板有独立的模拟和数字接地返回引脚, 这是很好的。但是, 电路板的布局否定了分离它们的任何积极影响。ic 的数字接地引脚与标题行上的接地引脚之间没有清晰而直接的路径。

        信号将从 ic 中走出迂回的路线, 到达标头引脚和一条复杂的路径, 通过接地引脚返回。因为 arduino uno 是地球上最受欢迎的电路板之一, 这是一个很好的例子, "你如何布置电路板并不重要"。

        如果这个例子引起了您的好奇心, 请查看我们关于arduino uno 硬件设计的文章。

通过编程和设计注意事项减少地面反弹

        地弹中断随着开关门数量的增加而增加。如果可能, 在您的设计中, 用短暂的延迟抵消开关门。

        例如, 您可能有一个设计, 可以在不同的时间间隔 (1秒、2秒、3秒等) 闪烁各种 led, 以指示您的设计状态。当所有三个 led 同时切换时, 接地反弹效果对电路的影响最大。

        在本例中, 您可以通过稍微抵消 led, 使其不完全同步来减轻地面反弹的影响。在 led 之间引入1ms 偏移量对您的用户来说是无法察觉的, 但将使地面弹跳效果降低约3倍。

最佳实践摘要

        地面和 vss 弹跳是由对快速上升时间的感应响应引起的。通过适当的布局和电路板设计实践, 您可以最大限度地减少地面反弹对电路的影响。

        减少地面反弹的一些方法包括:

· 保持解耦电容器尽可能靠近您的 ic。

· 选择上升时间较慢的 ic。

· 在可能的情况下防止同时切换。

这篇文章是博加廷博士在2018年 altium live 的主旨演讲所启发的几篇文章之一。您可以在下面找到另一篇这样的文章:

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最小阻抗路径: 如何利用返回路径进行更好的 pcb 设计