时源芯微｜电源、地线的处理

电源、地线之间加去耦电容

• 作用原理
  • 去耦电容就像是电路中的“能量蓄水池”。在电路工作过程中，电源的输出并不是绝对稳定的，会存在一定的纹波和噪声。当芯片等器件需要瞬时大电流时，电源可能无法及时提供足够的电流，导致芯片工作异常。而去耦电容可以在此时迅速释放储存的电荷，为芯片提供所需的电流，保证芯片的正常工作。同时，它还能吸收电源中的高频噪声，减少噪声对电路的影响。
• 电容选择与放置
  • 电容值选择：去耦电容的电容值需要根据电路的工作频率和电流需求来确定。一般来说，对于低频电路，可以选择较大的电容，如10μF - 100μF的电解电容；对于高频电路，则需要选择较小的电容，如0.01μF - 0.1μF的陶瓷电容。
  • 放置位置：去耦电容应尽可能靠近芯片的电源引脚和地引脚放置，这样可以减小引线电感，提高去耦效果。例如，在一个数字芯片的电源引脚旁边，通常会放置一个0.1μF的陶瓷电容和一个10μF的电解电容，陶瓷电容用于滤除高频噪声，电解电容用于提供瞬时大电流。

电源、地线宽度设置

• 线宽关系与典型值
  • 关系：遵循地线＞电源线＞信号线的原则，这是因为地线需要承载电路中所有器件的回流电流，电流通常较大，所以需要更宽的线宽来降低电阻和电感，减少电压降和电磁干扰。电源线为器件提供工作电流，线宽次之。信号线主要传输信号，电流较小，线宽相对较窄。
  • 典型值：信号线宽一般为0.2 - 0.3mm，最细可达0.05 - 0.07mm，适用于一些对空间要求较高且电流较小的信号传输；电源线宽为1.2 - 2.5mm，能够满足大多数数字电路的电流需求。
• 数字电路地网构成
  • 在数字电路的PCB设计中，可以用宽的地导线组成一个回路，即构成一个地网来使用。地网可以提供低阻抗的回流路径，减少地线上的电压降和电磁干扰。例如，在一个数字电路板上，将地线以网格状分布，使各个器件的地引脚都能就近连接到地网上，这样可以有效提高电路的稳定性和抗干扰能力。但模拟电路的地不能这样使用，因为模拟电路对噪声和干扰非常敏感，网格状地线可能会引入额外的干扰。

大面积铜层作地线及多层板设计

• 大面积铜层作地线
  • 方法：在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用，这种方法可以增大地线的面积，降低地线的电阻和电感，提高地线的导电性能和抗干扰能力。例如，在一个PCB板上，除了放置器件和走线的区域外，其余空白区域都可以铺铜并连接到地线上。
  • 优点：大面积铜层还可以起到散热的作用，帮助器件散发工作时产生的热量，提高电路的可靠性。
• 多层板设计
  • 结构：做成多层板，电源，地线各占用一层。这种设计可以进一步优化电源和地线的布局，减少电源和地线之间的阻抗，提高电路的性能。例如，在一个四层PCB板中，顶层和底层用于放置器件和走线，中间两层分别作为电源层和地层。电源层和地层可以提供大面积的导电平面，使电源和地线的分布更加均匀，减少电磁干扰。
  • 优点：多层板设计还可以提高PCB的集成度，减小电路板的面积，适用于对空间要求较高的电子设备。