PCB接地层可以降低噪声？如何降低？图文结合，一文帮你全部搞定
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大家有没有想过，为什么在PCB设计中应尽可能使用接地层？接地层可以降低信号返回路径的电感，反过来又最大限度地减少瞬态接地电流的噪声。
在这里主要是关于信号路径在多层PCB上的工作原理以及返回路径电感。
一、信号选择阻抗最小的路径
考虑如下图所示的双层板。底层是接地层，电流源连接到顶层的U形走线。顶层走线通过 VIA1 和 VIA2 连接到底层。
顶层走线通过 VIA1 和 VIA2 连接到底层
首先，如下图所示，将直流电流注入顶层走线。
将直流电流注入顶层走线
电流沿着U型走线流动，然后，通过VIA到达地面。接地层的哪一部分会将电流传导回VIA2？
这里我们可以将地平面想象为无数条平行的窄走线。电流将选择表现出相对较小的走线。由于从VIA1到VIA2的直接路径最短且电阻最小，因此大部分电流将流经该路径。当我们远离这条阻力最小的路径时，电流密度将迅速下降。
现在，假设我们将交流电流注入U形走线。会采取与直流电流相容的路径吗？
直流电流采用阻抗最小（或电阻最小）的路径。对于交流电流，阻抗取决于路径的电阻和电感，虽然最短路径提供最小的电阻，但不一定提供最小的电感。
路径的电感取决于电流产生的环路面积。下图显示了信号走线及其返回路径创建的示例电流环路。如果电流形成的回路面积增加，则电感将比例增加。
信号走线及其返回路径创建的示例电流环路。
例如，下图中的红色返回路径创建的环路比绿色路径更大。因此，在这2条路径之间，交流电流通过绿色路径，该路径具有较小的电感。
对于路径的整体阻抗，我们实际上应该考虑电阻和电感。然而随着交流信号频率的增加。电感对路径阻抗的贡献最终会比电阻大几个数量级。
因此，如下图所示，高频返回电流将直接在U形走线下方流动，以最大限度地减少环路面积（这里忽略路径电路）
当我们远离接地层中的这条路径时，电流密度将迅速下降。
高频返回电流将直接在U形走线下方流动
二、为什么返回路径电感很重要？
通过将电感与电路原理图的接地串联，可以获得返回路径电感的简单模型。下图显示了一个示例，假设门1的输出从逻辑高电平变为逻辑低电平。
将通过接地路径释放C中存储的电荷，考虑到快速逻辑门，放电将在很短的时间内（Δt）发生，放电电流将流过接地电感，如果在逻辑转换期间流过电感的电流变换Δ I，则逻辑门的接地将反弹。
在这种情况下，处于逻辑低电平的门（图 4 中的门 2）的输出将经历噪声电压脉冲。如果足够大，该噪声电压可能会导致门 4 输出处出现不需要的转换。
此外，如下图所示，接地噪声电压可能会耦合到离开 PCB 的电缆。这些电缆充当天线，会辐射并导致 EMC 问题。
高频返回电流将直接在U形走线下方流动
在下图中，揭示了接地电感可能导致问题的另一个机制。当门1的输出从逻辑高电平准换为逻辑低电平时，门1内部的晶体管将杂散电容连接到由接地路径创建的电感。
如果将电容连接到接地电感的晶体管表现出较小的电阻，则会创建高Q至串联谐振电路。可能会导致逻辑门转换产生相当大的振铃，如果我们不能充分降低接地电感，可能需要添加一个与栅极输出串联的电阻（例如51Ω）以一直振铃。
接地电感可能导致问题的另一个机制
上面噪声机制表明，在设计PCB时，接地路径电感至关重要。
如前所述，多层板需要坚固的接地层，可以显著降低接地电感。但是对于双面板，我们必须采取其他技术来实现低电感接地系统。
以上就是关于PCB接地层如何降低噪声的知识。
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