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優化PCB設計的基本問題與技巧：從電源分配到EMI管理的全面指南

在設計PCB時，我們通常依靠的是平時在網上找到的經驗和技巧。每種PCB設計都可以針對特定應用進行優化。通常，它的設計規則只適用於目標應用。例如，ADC PCB規則不適用於RF PCB，反之亦然。然而，有些標准可以被視為任何PCB設計的通用標准。這裏，在本教程中，我們將介紹一些可以顯著改善PCB設計的基本問題和技巧。

電源和信號分配

配電是任何電氣設計中的一個關鍵因素。你所有的部件都依靠能量來運作。根據您的設計，pcb manufacturer一些組件可能具有最佳的電源連接，而同一板上的一些組件可能具有最差的電源連接。例如，如果所有元件都由單根導線供電，則每個元件的阻抗不同，從而導致多個接地參考。例如，如果您有兩個 ADC 電路，一個在開始和結束，並且兩個 ADC 讀取外部電壓，每個模擬電路將讀取不同的電位相對於它們自己。

我們可以用三種可能的方式來概括功率分布:單點源、星點源和多點源。

(a)單點電源：每個系統組件的電源和地線均彼此之間分開。所有這些組件的電源走線僅在一個單個參考點彙合。單點被認為是一種最適合中國功率的。但是，對於一些複雜或大型/中型企業項目，這是不可行的。

(b)星源:星源可視為單點源的改進。由於其關鍵特性，它是不同的:元件之間的走線長度是相同的。星形連接通常用於具有各種時鍾的複雜高速信號板。在高速信號PCB中，信號通常來自邊緣，然後到達中心。所有信號都可以從中心傳輸到電路板的任何區域，區域之間的延遲最小。

(c)多點來源:在任何情況下都被認為是最壞的來源。然而，它在任何電路中都是最容易使用的。多點源可能會導致元件之間的參考差異和公共阻抗耦合。這種設計風格還允許高開關IC、時鍾和RF電路在共享連接的附近電路中引入噪聲。

當然，在我們的日常生活中，我們不會總是有一種單一的分布類型。我們能夠實現的最佳平衡是將單點源與多點源混合。您可以將模擬敏感器件和高速/射頻系統放在一個點上，將所有其他不太敏感的外圍設備放在一個點上。

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有沒有想過要不要用電源平面?答案是肯定的。電源板是傳輸功率和降低任何電路噪聲的最佳方式之一。電源層縮短了接地路徑，降低了電感，提高了電磁兼容性(EMC)性能。這也是因為兩側的電源層也會產生一個平行板去耦電容，從而防止噪聲擴散。

電源板還有一個明顯的優勢: 因為它的面積大，它允許更大的電流流動，從而增加了工作溫度范圍的印刷電路板。但請注意: 電源層可以提高工作溫度，但也必須考慮布線。追蹤規則由 IPC-2221和 IPC-9592給出

對於帶RF源的PCB(或任何高速信號應用)，必須有完整的接地層來提高電路板的性能。信號必須位於不同的平面，用兩層板幾乎不可能同時達到兩個要求。如果要設計天線或者任何低複雜度的射頻板，可以用兩層來實現。下圖顯示了PCB如何更好地利用這些平面。

在混合信號設計中，制造商經常建議將模擬信號與數字信號分離。敏感模擬電路易受高速開關和信號的影響。如果模擬地面和數字地面不同，地面將被分離。然而，有以下缺點。我們應該注意的串擾和回路區域分割地面主要是因為不連續的地平面。下圖顯示了兩個獨立接地平面的示例。在左側，回路電流不能直接沿著信號通路通過，所以在右側的回路區域設計了一個回路區域。

電磁兼容性和電磁幹擾(EMI)

對於高頻設計(如射頻系統)，電磁幹擾可能是一個很大的缺點。前面討論的接地層有助於降低EMI，但根據您的PCB，接地層可能會引起其他問題。在具有四層或更多層的層壓板中，平面之間的距離非常重要。當平面之間的電容較小時，電場將在平板上擴展。同時，兩層之間的阻抗降低，允許返回電流流向信號層。這會對通過該層的任何高頻信號造成電磁幹擾。

避免電磁幹擾的簡單解決方案是防止高速信號穿越多層。加一個去耦電容，在信號線周圍打一個接地孔。下圖顯示了一個良好的 PCB 設計與高頻信號。