CN1633228A - 一种抑制电磁干扰的地线布图方法 - Google Patents

Abstract

一种抑制电磁干扰的地线布图方法，所述地线的布线图形包含在印刷电路板或版图平面上的投影由“ㄈ”形环和引线组成的图形单元，其中，所述引线从“ㄈ”形环上延伸出来并连接至接地总线。本发明的地线布图方法与前述已有的接地方式相比，首先具有简单易行和所占空间较小的优点；其次，采用的“ㄈ”形环可以有效阻隔各电路单元间可能存在的串扰或直接传导耦合，而且环路自身的电磁干扰小，无涡流现象存在。

Description

一种抑制电磁干扰的地线布图方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板(PCB)或版图(Layout)布线技术，特别涉及一种地线布图方法，它可有效抑制各电路单元之间的电磁干扰。

背景技术

对于广义上的“地”，通常都认为它是一个等电位的连接面或是一个等电位的连接点，它为整个系统的每个单元提供一个公共基准或者一个等电势位的参考点。在整个印刷电路板或版图的布线作业中，当对地线的布局考虑不周时，往往会滋生许多的寄生、感应等电磁干扰，最终导致印刷电路板或器件的整体参数及工作性能下降，有时甚至会直接影响到电路板或器件设计的成功率。为此，地线的分布必须满足以下几点基本要求：

(1)要求整个系统具有很低的接地阻抗，使整个系统中各支路电流流经该地后产生的噪声电压最低；

(2)要求各支路信号线与地线所形成的电流环路具有尽可能小的面积，使该环路因接受周围电磁干扰而产生环路差模电压最低；

(3)要求各支路信号线与地线所形成的电流环路具有尽可能小的面积，使该环路制造的传导电磁干扰对系统其它单元的影响降到最低；

(4)要求系统工作在较高频率时，地线的共模电压尽可能低，使该地线产生的空间辐射能量最低。

针对以上要求，目前地线结构一般是按系统地、屏蔽地、数字地和模拟地等来划分的，其中常用的地线形式又分为单点接地法、多点接地法、复合接地法及悬浮接地法等几种，以下分别作简单描述。

1.单点接地法

单点接地法又可分为串联单点接地法和并联单点接地法两种形式，其结构图分别见图1和2所示。

1.1串联单点接地法

由图1可见，在串联单点接地法中各单元被串接至同一点。从结构模式上来看，这种方法较为简单，并且实现较为容易，因此是日常版图设计中最常使用的布线方法之一。在图1所示的结构中，假设每个单元的等效接地阻抗分别为Z₁、Z₂、……、Z_n，则每个单元每点的等效地电位则分别是：

G_n点：U_Gn＝Z_n·(I₁+I₂+……+I_n)

……

G₂点：U_G2＝Z₂·(I₁+I₂)+U_G3

G₁点：U_G1＝Z₁·I₁+U_G2

由上式可见，几乎每一个单元的支路电流的变化都将作为差模电磁干扰信号串接到整个地环路之中，从而对其它单元乃至整个系统带来不确定的影响。这是版图设计中不希望出现但这种接地法却又无法避免的问题。

1.2并联单点接地法

由图2可见，在并联单点接地法中，各单元并联连接至同一点。从结构简图上来看，该方法也较为简单。在图2所示的结构中，假设每个单元的等效地线阻抗分别为Z₁、Z₂、……、Z_n，那么每个单元每点的等效地电位则分别是：

G_n点：U_Gn＝Z_n·I_n

……

G₂点：U_G2＝Z₂·I₂

G₁点：U_G1＝Z₁·I₁

由上式可见，每一个单元线路的支路电流变化都是独立的，不会通过地线耦合而干扰其它单元或整个系统。但也正是由于各单元地线的独立性，使得地线长度增加，地线的等效阻抗也随之增加，因此在应用时却存在着较多的限制，而且这种接地方式在高频情况下表现出的辐射电磁干扰不可小视的。

2.多点接地法

目前广泛应用的多点接地法有两种形式，即多点信号接地方式及地栅方式。由于多点接地法可以得到较低的接地阻抗，因此这种接线法在高频线路的布线中应用较多，其结构简图如图3所示。

如图3所示，结构图中的R₁、R₂、……、R_n分别为单元线路接地引线的等效电阻，L₁、L₂、……、L_n则为单元线路接地引线的等效电感。假设最终接入的地线等效阻抗相当低时，则每个单元线路接地的等效地电位U_n即为：

                        U_n＝(R_n+jwL_n)I_n

由上式可见，U_n的大小由R_n、L_n等相关数值所决定，因此须通过调节接地线的长短、宽窄等几何尺寸来尽可能地减小地阻R_n及地感L_n，从而达到降低地电位U_n的目的。

降低地阻R_n及地感L_n的常用方法包括平面法和网格法。所谓平面法，如图4所示，即采用多层布置结构，将其中的一层单独作为地线层，以使地阻R_n及地感L_n降至最低。这种方式虽然可以降低U_n地电位，但是应用成本较高，并且常使线路复杂化。

所谓网格法，如图5所示，即双面布线中的接地网线互相垂直，交叉点处的过孔经孔化处理后使上下连接贯通，从而达到增加有效接地面积，降低地阻R_n及地感L_n的目地。

3.复合接地法

通常情况下，在线路的整体布线中若只采用单点接地法或多点接地法中的一种方式，则将难以完成整个线路的布线，而且极易引入其它电磁干扰而使系统性能劣化，因此往往采用串联及并联等组成的单点和多点的复合接地方式。

这种复合接地法将系统线路中的模拟小信号地线、数字电平信号地线、大电流驱动信号地线等通过设置在不同位置上的连接点进行串、并连接。显然，这种连接方式吸取了单点接地法或多点接地法各自的优点，对减小整个系统线路的噪声相当有利，但是如果连接点处理不当，则又会将诸如感生电势等其它电磁干扰噪声引入。

4.悬浮接地法

当单元线路工作在低频状态时，往往对交流电压的频率较为敏感，此时常采用悬浮接地法(也即俘地法)来改善这种低频影响。该方法将单元线路的共地参考点与整个系统线路的地线分离，并通过其它方式将基准参考点联姻。这种接线法一般适用于对抑制低频共模噪声要求较高的场合，但与此同时又对地线的布置提出了更多的限制和要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制电磁干扰的地线布图方法，其具有实现简单和抗电磁干扰效果显著的优点。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种抑制电磁干扰的地线布图方法，所述地线的布线图形包含在印刷电路板或版图平面上的投影由“ㄈ”形环和引线组成的图形单元，其中，所述引线从“ㄈ”形环上延伸出来并连接至接地总线。

比较好的是，在上述抑制电磁干扰的地线布图方法中，所述图形单元位于印刷电路板或版图的多层平面内，并且位于不同层平面内的部分通过导电介质连通。

比较好的是，在上述抑制电磁干扰的地线布图方法中，所述图形单元位于印刷电路板或版图的同一层平面内。

比较好的是，在上述抑制电磁干扰的地线布图方法中，所述引线从“ㄈ”形环上延伸出来以使所述图形单元呈近似的“F”或“ㄐ”形。

比较好的是，在上述抑制电磁干扰的地线布图方法中，所述“ㄈ”形环在印刷电路板上的位置设置为使得一个电路单元的部分或全部位于其内部。

本发明的地线布图方法与前述已有的接地方式相比，具有简单易行和所占空间较小的优点；此外，由于采用“ㄈ”形环，因此可以有效阻隔各单元线路间可能存在的串扰或直接传导耦合，而且环路自身的电磁干扰小，无涡流现象存在。

附图说明

通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述，可以进一步理解本发明的目的、特征和优点，其中：

图1为串联单点接地法的示意图。

图2为并联单点接地法的示意图。

图3为多点信号接地法的示意图。

图4为平面法的结构示意图。

图5为网格法的结构示意图。

图6为按照本发明一个较佳实施例的地线布图结构示意图。

图7为按照本发明另一较佳实施例的地线布图结构示意图。

图8为采用按照本发明方法后的隔离电磁干扰等效示意图。

图9为采用本发明地线布图来抑制外界电磁干扰的示意图。

图10为本发明地线布图来阻止电磁能量外泄的示意图。

具体实施方式

以下借助附图描述本发明的较佳实施例。

第一实施例

图6为按照本发明第一实施例的地线布图结构示意图。参见图6，它示出了印刷电路板某一局部的地线图形单元(图中较宽的黑色布线)，该图形单元1全部位于印刷电路板或版图的同一层平面内并且由“ㄈ”形环11和引线12两部分组成，其中，“ㄈ”形环11包含与缺口11a相对的环臂11b，引线12从环臂11b的端部附近延伸出来并连接至接地总线GND从而使图形单元1呈近似的“ㄐ”形。

在图6中，引线12的引出方向与环臂11b基本上垂直，因此整个图形单元呈“ㄐ”形，但是引线12的引出方向也可与环臂11b基本上平行，使得整个图形单元呈近似的“F”形。此外，也可根据实际布线的需要，使引线12从“ㄈ”形环的其它位置引至接地总线。

在本实施例中，集成电路IC1及其电阻元件R1、R40～R43、电容器C00等构成某一功能的电路单元。如图6所示，为了避免该电路单元与其它电路单元之间的电磁干扰，可将地线图形单元1的位置设置为使该电路单元位于“ㄈ”形环的内部。

第二实施例

图7为按照本发明第二实施例的地线布图结构示意图。参见图7，它示出了印刷电路板某一局部的地线图形单元(图中较宽的布线)，与第一实施例不同，本实施例地线的布线图形单元2位于印刷电路板或版图的多层平面内，这里示出的情形是图形单元2的一部分21c和21d位于第一层，另一部分21b位于第二层，还有一部分22位于第三层，这些位于不同层平面内的图形单元组成部分都通过过孔之类的导电介质连通。但是与第一实施例相同的是，该图形单元2在印刷电路板或版图平面上的投影仍然由“ㄈ”形环21和引线22组成，引线22从“ㄈ”形环的环臂21b(与缺口21a相对)端部附近延伸出来并连接至接地总线GND从而使图形单元呈近似的“F”形。

在图7中，引线22的引出方向与环臂21b基本上相同，因此整个布线图形呈“F”形，但是引线22的引出方向也可与环臂21b基本上垂直，因此整个布线图形呈近似的“ㄐ”形。此外，也可根据实际布线的需要，使引线12从“ㄈ”形环的其它位置引至接地总线。

同样，在本实施例中，为了避免电路单元之间的电磁干扰，也可将地线图形单元2的位置设置为使一个电路单元位于“ㄈ”形环的内部。

本发明具有如下优点：

1)有效隔离单元电路之间的电磁干扰

以图8所示的情况为例，假设图8中的电路单元81工作在高频振荡工作模式下而电路单元82为模拟信号处理单元，并且在每个电路单元的周围都设置在一个上述实施例所述的布线图形单元并使电路单元位于“ㄈ”形环的内部。如图8所示，此时的“ㄈ”形环布线相当于在两个单元之间设置地线，因此每个单元的电磁干扰信号都将被地线阻隔，从而大大降低了单元间串扰信号的传导能力。

2)布线简单易行

如上所述，为了降低G_n点的噪声电位，必须减小地线等效地阻R_n或阻抗Z_n及地线等效地感L_n，这就要求地线既短又粗。在本发明的布线方法中，由于“ㄈ”形环仅包围电路板上整个系统的一部分，而且其自身有效长度又极其有限，因此可以同时满足上述两个要求。

3)有效阻隔外部和内部的电磁辐射干扰的影响

一方面，如图9所示，当“ㄈ”形环外部存在电磁干扰时，一部分将被环臂反射，更多的则经“ㄈ”形接地环臂生成感应电流Id₁和Id₂，它们将通过引线而被接地总线吸收，因而最大程度地降低了径向电磁干扰对电路单元91的影响。

另一方面，如图10所示，当“ㄈ”形环内部存在电磁干扰时，将在“ㄈ”形接地环臂生成感应电流Id₁和Id₂，它们通过引线而被接地总线吸收，因而使大部分电磁干扰都被局限在环内，有效阻止电路单元101自身对外的辐射。

4)减小空间辐射电磁干扰

由于“ㄈ”形环不是一个封闭的环路，而且“ㄈ”形环臂上又作接地处理，因此不会产生环路感应电流，也就是说，“ㄈ”形结构的存在并不会导致电路单元自身电气性能的变差。

值得指出的是，本发明“ㄈ”形地线布线的实质是采用布线将电路单元包围起来但又不形成封闭环路，因此这里的“ㄈ”形不应狭义地理解为由三段线段首尾相连而成或者“口”字形缺少一笔的形状，而应将其理解为带缺口的环形更为恰当。

Claims (5)

1、一种抑制电磁干扰的地线布图方法，其特征在于，所述地线的布线图形包含在印刷电路板或版图平面上的投影由“ㄈ”形环和引线组成的图形单元，其中，所述引线从“ㄈ”形环上延伸出来并连接至接地总线。

2、如权利要求1所述的抑制电磁干扰的地线布图方法，其特征在于，所述图形单元位于印刷电路板或版图的多层平面内，并且位于不同层平面内的部分通过导电介质连通。

3、如权利要求1所述的抑制电磁干扰的地线布图方法，其特征在于，所述图形单元位于印刷电路板或版图的同一层平面内。

4、如权利要求1～3中任意一项所述的抑制电磁干扰的地线布图方法，其特征在于，所述引线从“ㄈ”形环上延伸出来以使所述图形单元呈近似的“F”或“ㄐ”形。

5、如权利要求4所述的抑制电磁干扰的地线布图方法，其特征在于，所述“ㄈ”形环在印刷电路板上的位置设置为使得一个电路单元的部分或全部位于其内部。

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