完整地平面的重要性

作者： 黄思勇

一、前言

随着科技技术的发展，产品往越来越小，功能越来越齐全的方向发展；这也意味着设计的PCB板的面积越来越小，器件与走线越来越复杂，从而引发出更多的电磁辐射的问题。同时由于PCB板上的面积越来越小，其上面的地的面积也逐渐被走线跟器件占领；有些人认为PCB设计的时候时可以不需要“地平面”的，尤其是在一些比较宽松的环境下没有地平面，板子也能够很好的工作，更何况狭窄环境下的PCB板，就更不会做一个完整的地平面。下面为大家简单阐述一下地平面的意义与重要性。

二、什么是地平面

图1 地的电气符号

“地”不是大地，它一般是指参考平面（零电位点）或者是回路流径；一条条地线如同小洼地，电流就可以看成是河流，如果河流灌入小洼地，会导致泛滥成灾，但如果一个个小洼地形成一个大湖泊，那么河水灌入时，湖平面基本巍然不动。这就是为什么高速电路板设计时一般要用专门一层做地线，这一层就叫做“地平面”。

图2 地线层

三、地平面的完整性

“地平面”是否完整，要看连通程度（是指电流）。我们希望这个“地”不应该与其它元器件之间有电压差，所以想它越大越好，越完整越好（这样电阻最小）；图3中虽然地是一大片，但他们只是通过比较细小的通路连接，即连接点通流量较小，阻抗容易不匹配，会产生电压差来产生噪声或影响信号。

图3 铺地

对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，形成对平面层的分割，从而破坏平面层的完整性，并进而导致信号线在地层的回路面积增大。

图4 过孔

四、完整地平面的好处

（1）电压返回，减小环路：拥有完整的地平面可以通过接地平面的方式，来减少地线布线，降低回路阻抗，降低返回电流变化引起的噪声，在整个板子上也会有更均匀的接地电压（低阻抗意味着较低的压降）。

（2） 减小电源噪声：电源平面相邻的地平面会形成“板间电容”，为整个电路板增加了一些分布式电源电容，起到一定的去耦作用。

图5 多层板“板间电容”去耦

（3）信号完整性与抗干扰：信号提供较稳定的参考电平和低电感的信号回路，使所有信号线具有确定的阻抗值；常规信号也需要返回，对于高速设计，在地面上有清晰的返回路径非常重要。如果没有这种清晰的返回路径，这些信号会对PCB的其余部分产生很大的干扰。

图6 信号回流

五、总结

不仅仅对于EMC，在电路设计与功能上，PCB上添加完整地平面来接地是一种简单、低成本、高效的方法来设计具有更好信号完整性、更高精度和更强抗干扰性的电子产品。因此在设计PCB的时候应尽可能使用多层板，规划好一个完整的地平面，养成使用接地平面的习惯。