復雜電路接地和供電的實用方法

1.考慮元件的額定功率和公差

2.確定連接寬度

3.確定對電壓降、噪聲引入或產生的敏感度

4.限制電流環(huán)路面積以減少EMI輻射

在圖2中，主電源軌已被顏色編碼，流經相應GND符號處的電流已被匹配到提供電流的電源軌。例如，每一個與電池充電不相關的部件(紅色)，有一個端電流返回到電池，但USB到音頻IC由3.3V BUCK調節(jié)器供電，而它是由5V Boost調節(jié)器供電的，之后接到電池。因此，GND電流從音頻IC按先后順序返回到各調節(jié)器，然后到達電池，音頻IC電流不會直接返回到電池。

圖2：典型的移動平板電腦示意圖模塊。

圖2所示的系統采用了一個鋰離子電池，通過USB充電器或無線功率發(fā)射器和接收器可以進行充電。電池電壓可被升壓到+ 5V(用于相機變焦馬達、針對微處理器的+3.3V降壓調節(jié)器、音頻和觸摸屏)，可降壓到+ 1.2V(用于微處理器、存儲器、藍牙和WiFi)，也可升壓到+ 7V用于相機閃光燈。顯然，電壓調節(jié)器應放在各自的負載附近，但最終由于產品形狀尺寸的限制，通常迫使設計者把負載放在距離電源較遠的位置，或在電路板周圍混雜放置?？梢钥闯觯總€電源需要支持多個負載，因此必須采用精心策劃的布線和布局方案來控制電流路徑和無意產生的EMI。這里是一些重要的布局考慮因素：i)可用的空間，)機械方面的約束，)電源和GND軌可接受的電壓降(負載電流和跡線/平面正方形數目的乘積)，)電源和GND電流路徑，以及v)成本(PCB層數，組件)，)數字或模擬信號的頻率，以及從電源直接返回路徑的可行性。

作為最后一個案例，這里介紹一個假設的具有機械約束的最終系統。在這樣的系統中，用戶界面和整體尺寸會給設計帶來一些限制。圖3示出了每一個模塊的實際位置：

圖3：典型的移動平板電腦應用模塊和布局。

圖3中的每個電源都被顏色編碼以便區(qū)分，圖中最重要的部分是彩色標識的GND返回電流。因為多個電源是串聯的，導致每個最終負載和GND電流被迫以它們被加電時相同的順序去完成返回路徑。例如，電池為BUCK1.2V調節(jié)器加電，該調節(jié)器為微處理器供電。因此，流經微處理器的電流在返回到電池之前，將直接返回到BUCK1.2V調節(jié)器器GND端。如果未能預見到全部的電流回路和電流路徑完成的次序，就可能導致電路運行不穩(wěn)定，或者沒有足夠的GND電流返回，原因是這些問題沒有在電路布局中適當地考慮到并加以控制。

例如，可以很容易地想到系統工程師會把藍牙和WiFi天線放置在相機和閃光燈的位置。由照相機與無線/藍牙模塊的位置顛倒產生的問題是，即使+ 1.2V電源仍然可正常地把電力分開來提供給那些需要的模塊，高頻藍牙和WiFi的GND返回電流會直接流過微處理器/存儲器模塊的下方，由此可把與天線相關的紋波電流和電壓反彈直接引入到高頻微處理器GND和存儲器存取。這將導致電池溫度的模-數轉換錯誤，可能會破壞揚聲器的立體聲音質，影響相機的分辨率，并導致存儲器錯誤，以至于數據丟失。通過比較，如圖中所畫部分所示，從BUCK1.2V調節(jié)器到每個獨立的負載和返回電源路徑(在這種情況下為BUCK1.2V)，WiFi /藍牙電源和GND電流將保持獨立并且采取并聯方式，避免了所有上述問題。

值得注意的是，上述所列出的各例中都假設采用一個單一的GND，并且被畫在一個銅平面上，該平面在一個PCB層中為連續(xù)和不間斷的。此接地平面由電路中所有的模塊共享，而不是隔分GND平面，或把它分離為多個子部分，之后使用組件來連接GND平面及控制電流路徑。特意的模塊布局已經開始得到實施，因為這種方法使用自然的電流流動可以使電路屏蔽免受不需要的GND反彈影響。任何承載電流或電壓(正電位)的線路必須要有一個返回路徑，而返回路徑應盡可能地接近正電位形式的信號，并且會被分配到源信號/電源軌下方的GND平面上。

在理解了電流的流動和最小化電流環(huán)路的概念后可以得到一個明顯的結論，單點接地方法是PCB設計的理想和首選方法，因為它顯著減少了元件數量，電路板層數和潛在的輻射：每段線路和模塊應該在PCB板上具有盡可能短的返回路徑。按照此指導原則，系統設計人員只需要從正確的走線寬度、組件和模塊的智能布局等角度來控制PCB設計。他沒有必要去檢查每一段線路，或搭建多個實驗板以獲得正確的電源、信號和GND方案。單一、不間斷的GND平面層帶來的另外一個優(yōu)點是該平面的連續(xù)性允許產生的熱量均勻地散布在整個PCB表面，從而實現較低的工作溫度。