PCB设计关键：接地策略与辐射干扰解析

"辐射与干扰-PCB信号接地设计分析说明" 在电子设计中，PCB（Printed Circuit Board）的信号接地设计是至关重要的，因为它直接影响到设备的信号完整性和抗干扰能力。辐射和干扰是PCB设计中常见的问题，它们主要源于PCB上的快速变化电流形成的环路，这些环路犹如微型天线，向外发射电磁场并可能接收外部的干扰。 首先，了解辐射的基本原理。当PCB上的电流变化迅速时，它会在周围空间产生电磁场辐射。辐射的强度与回路电流Io的大小、回路面积A以及电流频率的平方成正比。这种现象在差模辐射中尤为明显，如图（a）所示。此外，如果PCB上的信号回路接触到外部快速变化的电磁场，也会产生干扰电流。 共模辐射则发生在电缆出入PCB时，如图（b）所示。当电缆中存在共模电流时，会形成辐射，并且辐射强度与共模电流大小、频率及线缆长度成正比。共模辐射不仅对外部环境造成影响，还可能导致PCB内部电路间的共模干扰。 PCB的接地设计策略需要考虑多个因素。首先，根据设备系统总体的接地设计方案，例如保护地、屏蔽地、工作地（数字地GNDD和模拟地GNDA）如何与背板连接，以及背板上的地如何与系统其他部分汇接。工作地应被视为信号回路的电位基准点，但在实际操作中，它同时承载着信号电流和电源电流，这可能导致共模干扰、信号串扰和辐射等问题。 共模干扰电压是由于电流流经工作地时产生的压降，这部分电流来自信号回流和电源电流的返回。当信号和电源共地时，共模噪声电压Vnoise会因此产生。 信号串扰是由于PCB上相邻印制线之间的互感和耦合电容导致的。快速变化的信号会影响周围的线路，如图（a）所示。图（b）揭示了在集总参数下，串扰（Crosstalk）与线间距D和印制线离地平面（参考平面）高度H之间的关系。 为了减少这些问题，设计师需要优化PCB布局，减小环路面积，使用正确的接地策略，比如采用多点接地、分割数字地和模拟地以降低串扰，以及合理安排电源和信号线的位置以减小共模干扰。同时，考虑使用屏蔽层和适当的接地平面来抑制辐射。 PCB的信号接地设计是解决辐射与干扰的关键。设计师需要理解并应用相关理论，结合实际工程经验，才能创建出高效、低干扰的PCB设计。