2层PCB设计，通孔技术和地平面

我正在设计音频应用的PCB布局（没有数字电子设备，只有模拟设备）。

所有组件都是通孔，PCB非常大（约16cm x 10cm），分为2层。我所使用的技术支持镀通孔。该电路具有双电源。

以下哪项（以及为什么）是路由信号，电源走线和接地的最佳解决方案？

• TOP层：接地层；底部层：信号和电源线；
• TOP层：信号和电源线：BOTTOM层：接地层；
• TOP层：接地层和电源线；底部层：信号；
• TOP层：信号；底部层：接地层和电源线；

我认为所有其他答案都使问题变得更加复杂。通孔设计在很多情况下都是合法的，两层板也是这样。

我建议您使用接地层和信号/电源层，除非您有理由不这样做。这种设计方法已经过尝试并且是正确的，我看不到任何不应该使用它的原因。我认为向哪一方发出信号都没有关系。

您将需要在地平面上做一些跳线，但是如果您避免大刀阔斧的话，这不会造成任何问题。我用油漆做了一个快速而可怕的图像来说明：

正如尼尔提到的那样，您的地面返回路径确实很重要，当它们进入地面时，您不应仅仅考虑它们已经完成。

我推荐的一种方法是您没有提到的方法。

通常，将空间任意划分为电源，地面，信号都会给您带来一些麻烦，因为既不需要这样划分它们，也不必获得良好的结果。

如果电路板是“困难的”，那么模拟/数字，高速信号，大电流，SMPS混合在一起，那么从完整的接地层开始将是有益的。但这还不够，您需要知道返回电流在哪里流动，因为即使在接地平面的情况下，您仍然可以用脚射击自己。

我会推荐曼哈顿的布局，网格化的地面。

曼哈顿的最大好处是，您可以随时找到自己的路线。您无需妥协，在离开其返回路径的蜿蜒路线上发出信号，也不必切开地平面以偷偷摸摸地走过去，从而破坏其完整性。

曼哈顿路由涉及将一层用于南北连接，将另一层用于东西连接。现在，您通常可以通过一个通孔从A到达B，而您也不必怀疑如何越过轨道。

现在，您可以使用系统化的方法来布线，从网格化的地面开始。在一层上，每20毫米左右放置一条轨道，成列。在另一层上，按行执行相同操作。在每个路口都通过它们在一起。现在，您的地面几乎和飞机一样好，并且更加有用，因为两层仍然可以路由所有电源和信号。将地面走线稍微移动一点以适应您的IC，但不要将它们分开得太远。

后记-接地平面与网格接地。

我从Umberto，Scott和Olin收到了一些有趣的评论，这些评论表明我还没有完全明白我的意思。在下面记录我的推理的同时，我可能会澄清上面的内容。

我现在已经退休了，在为一辈子的初级工程师提供指导之后，他们面临的最大问题之一就是在接地板上做不好的设计。他们似乎认为地面飞机将“照顾所有隔离的东西”，并且他们停止思考。结果，它们使高电流流过敏感输入，否则无法发现返回电流的影响。

为了帮助他们调试这些电路板，我移除了接地层，并迫使他们将所有返回电流视为离散电流在单独的走线上。找到罪魁祸首并固定布局后，即可恢复地面。

在四层板上，有足够的空间将一块专用于牢固的地面。在2层板上，布线空间非常宝贵。这就是为什么曼哈顿（Manhattan）如此有用的原因，它为您提供了一种从A到B的路线选择的系统方法。如果您将2层中的一层专用于地面，那么任何不平凡的布局都会导致一到两道（或几道，嘿，这又是另外一道）将地面分开，破坏其完整性。

如果没有接地层，那么接壤的地面是第二好的选择。它非常灵活，您可以在需要的地方增加地面轨道的数量。它与曼哈顿的路线完全兼容。完成布局后，一定要铺满接地铜。您最终会得到比切碎的接地平面更好的布线方式，因为您已经能够考虑所有本来希望没有问题的返回电流。

好的电路板设计几乎与艺术一样，是一门艺术。您不能教艺术家去创作，也不能教工程师去“感受”电流的流向，直到他们“得到”。在没有接地层的情况下进行设计是加快“获取”过程的一种方法。

所有组件均通孔

仅出于这个原因，我会考虑在底部使用接地层，以便可以安装组件，而不必担心它们的主体是否会与接地的铜接触。

鉴于它是用于吉他效果器盒的，由于脚控制按钮和控件，它可能会引起很大的振动和移动，所以我也将考虑如何在组件下路由信号，以避免在我的第一段中提到的问题。

但是，为什么将自己限制为两层-使信号完全离开顶层并使用4层板。成本不会更多，省心是一件好事。

您建议的布局都不是很好。比您提到的任何一种更好的方案都是使用SMD零件。这具有许多优点：

1. 零件种类繁多。

2. 相同的零件将更便宜。

3. 将零件焊接到板上的麻烦和时间要少得多。

4. 它为您提供了更大的路由灵活性。

对于两层板，将零件放在顶部。尽可能将顶层用于所有互连。将底层保留为接地层，并将其仅用于其他信号的短“跳线”。

使这些跳线彼此分开，以便接地电流可以分别绕过每个跳线。您要最小化接地平面中任何孔的最大尺寸，而不是孔的数量。换句话说，许多零星的分散干扰要比单个大的干扰要好。

在每个必须接地的引脚上，通过单独的过孔进行所有接地连接。这样可以使每个接地连接牢固，还可以最大程度地减少接地连接的布线路径。

当然，您仍然必须注意布线信号走线。音频就是要保持较高的信噪比。例如，请勿将放大的输出走线靠近敏感的输入走线。

欲了解更多信息，请参阅该答案。

如果您想了解地平面，则必须忘记通孔！拥有专用的接地层和电源层就是为了维持所有电流的低阻抗路径。仅从其体积和导线来看，通孔元件具有更多的额外阻抗。

如果您要坚持通孔，我建议一块看起来很像原理图的电路板。在顶层和底层中间使用地面区域。将长边用于V +和V-路径。从地面到V + / V-创建“铜指”，反之亦然，以创建径向分量。如果放大器电路需要三个或四个电压，则将顶层用于一个电压对，将底层用于另一对。

还请记住，从AC角度来看，V +，V-和GND相同。具有低阻抗的V +和V-与GND一样重要。

底部的地面填充是连续的，其中V + / V-指打破顶部，反之亦然。使用THT组件的过孔连接两个GND填充。这样，您就可以为通孔提供存在的理由。在需要的地方使用其他通孔。

这与数字电路所需的电路板设计恰恰相反。现在想象一下创建混合信号板的麻烦。