電源與接地設(shè)計—四層PCB供電接地規(guī)范解析
來源：捷配
時間: 2026/01/07 09:44:40
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Q：很多工程師容易忽視電源與接地設(shè)計對串?dāng)_的影響，四層PCB中電源分配網(wǎng)絡(luò)（PDN）和接地策略與串?dāng)_有哪些關(guān)聯(lián)？需遵循哪些規(guī)范才能避免電源噪聲引發(fā)串?dāng)_？
A：四層PCB的電源與接地設(shè)計并非獨立于串?dāng)_控制，不規(guī)范的PDN設(shè)計和接地策略會產(chǎn)生電源噪聲、地彈效應(yīng)，這些噪聲會通過電磁耦合污染信號傳輸環(huán)境，間接加劇串?dāng)_，甚至引發(fā)比線間串?dāng)_更嚴(yán)重的信號完整性問題。例如數(shù)字電路的開關(guān)噪聲會通過電源網(wǎng)絡(luò)耦合到模擬電路，導(dǎo)致ADC采樣失真；地彈電壓會使信號參考電平偏移，讓串?dāng)_的影響被放大，因此電源與接地規(guī)范是四層PCB串?dāng)_最小化的重要補充。
電源域劃分規(guī)范是首要要求，核心是避免不同類型電源的噪聲相互耦合?；旌闲盘栂到y(tǒng)包含多個電壓等級的電源（如模擬3.3V、數(shù)字5V、高速1.8V），規(guī)范要求將模擬電源與數(shù)字電源、高頻電源與低頻電源嚴(yán)格分離，電源平面之間的間距≥30mil，禁止重疊布置，防止容性耦合。例如ADC的模擬供電端需單獨使用LDO穩(wěn)壓，與FPGA的數(shù)字供電網(wǎng)絡(luò)隔離，兩者僅在電源入口處單點連接，形成獨立的電源域，避免數(shù)字電源的開關(guān)噪聲耦合到模擬電源。
去耦電容配置規(guī)范是抑制高頻電源噪聲的關(guān)鍵，可間接減少噪聲耦合引發(fā)的串?dāng)_。高頻信號切換速度快，需要去耦電容提供瞬時電流，避免電源電壓波動產(chǎn)生噪聲。規(guī)范要求每個器件的電源引腳旁配置0.1μF陶瓷電容，距離引腳≤2mm，通過兩個以上過孔連接至接地層，最小化寄生電感；對于頻率超過1GHz的信號，需在0.1μF電容旁并聯(lián)10μF電解電容，形成高低頻雙重濾波網(wǎng)絡(luò)，吸收不同頻段的電源噪聲。
接地策略規(guī)范需結(jié)合電路類型選擇，核心是保證回流路徑完整、低阻抗。純數(shù)字四層PCB可采用完整單一接地平面，避免接地分割導(dǎo)致回流路徑斷裂，減少磁場擴散；混合信號四層PCB推薦采用“分區(qū)接地+單點共地”策略，模擬地與數(shù)字地分開布置，各自形成完整平面，僅在電源入口處通過星形接地實現(xiàn)共地，禁止模擬地與數(shù)字地多點連接，否則會形成地環(huán)路，放大串?dāng)_。規(guī)范禁止在接地平面上隨意開槽，若需開槽，需確保不影響關(guān)鍵信號線的回流路徑，開槽寬度≤10mil。
此外，電源走線規(guī)范也需重視，電源走線需短而直，線寬根據(jù)電流大小計算（數(shù)字電源≥8mil，模擬電源≥6mil），避免因走線電阻過大導(dǎo)致電壓降，產(chǎn)生額外噪聲。大電流電源路徑推薦采用鋪銅方式，銅皮厚度≥1oz，同時設(shè)置多個過孔實現(xiàn)層間連接，降低寄生電感，減少噪聲耦合。
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