关于地线回路与射频接地的知识点总结的太棒了

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刘超

2021-9-30 16:07:17

前言：地是电子技术中的常用语，电子工程师每天都在与它打交道，却常常忘记它的存在。实际上地线和其他信号线、电源线一样，都是电路设计中的重要一环，忽略了这样一环，常常会导致设计的不稳定，甚至是失败。
割裂与漫长的回路

图1[1]：某PCB背面铺铜（两片不同的地）
图1展示了笔者最近检查的一个PCB背面的铺铜，电气检查均没有问题，但是当收到这样的PCB样图后，还是重新发回给同事，请他重新修改。原因如下，这个PCB中有两片地，但这两片地相互“扭”在了一起，使得各自的地回路都变得十分漫长。图2中高亮标出了其中的一块：

图2[1]：“扭”在一起的两片地
在高亮区域的左上角的插件是输入，在下方红色圈中有一个器件，焊接在顶层，通过两个过孔接地，信号线（或电源线）在顶层相连，那么电流从该器件的地流回到上方插件地的路线即为图中橙色的线，可见绕了很大一圈，这样的设计是不推荐的。我们设计的原则是要让电流能以最短的路径流回。对此，做了如图3的修改：

图3[1]：连接相隔的地
在图3中，增加对地过孔，通过其他层将两片相隔的地连接起来，只要这两层距离比较近，那么回流的电流的路径就会缩短很多。同样的在另一片地中也存在很多这样类似的问题，原则不变，一一做以修改，这里不再赘述了。
射频电路的地

射频电路对接地的要求更高，由于频率变高后，波长变小，同样长度的地线对射频电路而言更加敏感。如图4所示，在原理图上一个三极管的发射极接地，假设接地的这段线没有画好，画的很长，其等效电路就是右侧的模样，相当于在发射极和地之间插入了一个电感，如果电感的效应很明显，就会导致放大电路的不稳定，产生振荡。所以很多学生在开始接触射频电路设计时，做出来的电路“飘忽不定”，常常是因为射频信号找不到地。

图4：接地不良导致电感效应
因此在射频电路设计中，一定要保证良好的接地，接地线路要尽可能的短，接地过孔的电感效应也要尽可能的减小。图5展示了某放大器的PCB，可以看出，其接地过孔距离地引脚非常的近，并且使用了多个过孔以减小过孔本身的电感效应。

图5 [2]：射频器件接地示例
芯片layout中的接地

不仅PCB中的走线需要注意，在射频芯片设计中，也要注意接地的事宜，原则和使用分立器件搭建射频电路一样，要使得接地点尽可能的短。图6为之前和某大学合作的科研项目中的Layout的一个角落，一个晶体管的栅极通过电容接地，可以看到，走线很短，并且电容通过过孔直接接地，中间没有多余的线。

图6 [1]：射频芯片接地示例
总结：本文简要描述了PCB和芯片Layout版图地线设计的注意事项，总体来说就是要保证地回路尽可能的短，避免地的割裂，特别是在射频电路和芯片设计中，接地一定要短，避免引入传输线和电感效应，从而导致振荡。水平有限，请多指教 ?

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