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你的HDI地線走得對嗎？深聯(lián)電路告訴你為什么要有主地？

文章來源：作者：何琴查看手機網(wǎng)址

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人氣：3082發(fā)布日期：2022-04-01 12:29【大中小】

HDI layout需要豐富的經(jīng)驗和扎實的理論基礎(chǔ)支持，還要多踩幾個坑，多做幾個仿真加深對走線的理解，才能形成閉環(huán)的走線設(shè)計。

今天深聯(lián)電路給大家介紹一個跟GND走線相關(guān)的案例，在手機領(lǐng)域會影響相機畫質(zhì)、在醫(yī)療領(lǐng)域會影響生物電信號采集信噪比，如果不理解背后的原理，只會復(fù)制原理圖或HDI的話，往往達(dá)不到電路的最佳性能。

地線在HDI走線中，通常有三種作用：

● 回流

● 控制阻抗

● 屏蔽

本文介紹的案例跟回流相關(guān)，地線上的電壓波動會影響到對噪聲敏感的模擬電路。
上圖是一種地線走線示意圖，數(shù)字電路和模擬電路的GND最終都要匯聚一起和電池的地連接。也就是說，數(shù)字電流Id和模擬電流Ia最終都要匯集在一起，那么這兩路電流Id和Ia就用公用地線部分，如上圖括號內(nèi)所示。
一般而言，數(shù)字電流Id的波動是比較大的，而模擬電流Ia的波動略小。數(shù)字電Id的波動在共用地線部分會引起電壓波動，這個波動就會被模擬電路感應(yīng)到，進(jìn)而引起信號質(zhì)量下降，比如共用地部分的電阻是20 mΩ，而數(shù)字電流Id波動是1A，那么引起的電壓波動△V就是0.02*1=0.02V。這個20mV被模擬電路的放大器感應(yīng)到，將會以噪聲形式出現(xiàn)，這就是地線阻抗大的后果。
緩解的方法是減小地線的電阻，縮短模擬電路和數(shù)字電路共用地線，把模擬電路和數(shù)字電路通過磁珠隔離進(jìn)一步壓制干擾。假如數(shù)字電路電流波動不變，依然是1A，共用的地的電阻降低到2 mΩ。此時，數(shù)字電路在共地部分引起的電壓波動只有0.002*1=0.002V，比上面的20mV小了很多；同時有磁珠的存在還會進(jìn)一步壓制這個噪聲，提高模擬電路的信噪比或者是共模抑制比。
直觀點說就是，不管你數(shù)字電路的地/電源怎么跳動，都影響不到我模擬電路的地/電源。

正是基于上面的介紹，所以一般電路板都會進(jìn)行大面積的鋪銅（大面積鋪地平面，減小阻抗，增加回流能力），減少地的電阻。上面介紹的是地線的處理，對于模擬電路和數(shù)字電路共用電源的處理也是類似的方法（不過通常而言，不建議模擬電路和數(shù)字電路共用電源）。
所以，有的人就不建議在地平面上打大量的其他電氣屬性的孔，或者是走線，這就是通常所說的支離破碎的地。這樣容易增加地線的電阻（或阻抗），甚至是有隱藏的電阻瓶頸存在被工程師忽略而引起嚴(yán)重的問題。
比如下圖高亮的紅色銅皮，兩塊白色方框內(nèi)的銅皮看起來很大，其實他們的連接僅僅只有綠色部分窄窄的一條，這里就是阻抗瓶頸。
上面提到的僅僅只是直流電壓波動，對于高頻數(shù)字電路而言，電流的波動更復(fù)雜，含有非常豐富的電壓或電流諧波，此時就要考慮頻率這個參數(shù)了。