在两层板上使用去耦电容器优化信号返回路径


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我正在设计一个非常复杂的两层板-我真的应该选择4层板,但这不是重点。我已经完成了元件的放置和布线,并且正在完成画龙点睛的工作,例如确保接地层覆盖了大部分电路板,并且缝合良好(也称为接地网格)。

在某些区域,我在接地平面上布置了信号走线(例如SPI),然后是电源走线(14V),然后是另一个接地平面。我无法移开该电源走线,因此我想我可以通过在电源走线和接地层之间的信号走线正下方放置一些去耦电容器(100nF)来让信号返回电流流过它。

这是我在想什么的图像:

去耦电容器上的信号

这是减小信号环路面积并控制EMI的好主意吗?


我看不到所有这些复杂性的意义,我确信增加电容器会增加电路的噪声。只要将去耦电容器放在受电设备旁边,通过电源走线的数字信号就不是关键。数字信号的边缘相对较快,不会对电源走线产生太大影响。大多数IC在其电源引脚上也具有通用的噪声抑制功能,因此这确实没什么大不了的。同样,您的SPI迹线垂直于电源迹线,这意味着串扰将最小。
lucas92

我不担心信号完整性或走线之间的耦合,这不是我要问的重点。信号返回路径相当长,并且不位于信号走线的正下方,通常建议这样做。我记得读过有关我尝试在USB信号情况下尝试应用的技术的信息,并建议使用电容器使用一些应用笔记,以使返回电流尽可能靠近另一层的信号走线。

哦,您担心地面返回路径。我误解了这个问题。我不确定这一点,您可能最终会在电源走线上增加噪声,对吗?
lucas92

我也想知道。所涉及的电流确实很小,并且在与之相连的每个IC(旁路电容)附近都对电源走线进行了滤波,因此我不确定这是否会成为问题。

但是,如果以这种方式进行操作,那么如何将DC参考设置为本地GND接地?您需要另一条走线作为直流参考吗?
lucas92

Answers:


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您的理解是正确的。任何信号的返回电流都希望使用相邻的接地层或电源层遵循与信号本身相同的路径。如果接地层损坏,它仍然会找到一条返回信号源的路径,但是路径较长,最佳路径变差,这会导致较高的发射和更差的抗扰性。这在您的设计中是否存在问题取决于许多因素,例如信号的时钟速度,更重要的是其边缘速度。

如果您认为这可能是个问题(并且可能是这样),那么最好的解决方案是使用4层或更多层的板,这样您的接地层就不会损坏。使用2层板,您可以添加0805或1206零欧姆链接,以在两个接地平面断开的位置将它们缝合在一起,以提供电流返回路径。


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我是这么想的。在我的原型的下一个迭代中,我可能会选择4层板,但是到目前为止,这并不是一个真正的选择(而且EMI兼容性还不是问题)。电源走线产生的插槽太宽,无法用零欧姆桥接,因此是我的电容器解决方案。我还发现该论文表明,电容器缝合不是最佳选择,但对于小于100MHz的频率(或边沿速度)可行。

我忘了提到上面的链接论文直接连接两个参考平面,而我将不得不通过中间走线“路由”信号返回电流。

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我不认为您的电容器解决方案会引起问题,我只是认为它不如直接用0R缝合平面那样好。
史蒂夫·G
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