いつグランドプレーンを使用すべきですか?


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PCB設計は初めてです。私の回路には、3.3Vの電圧、400kHzの最大信号周波数、およびグランドに接続された10個未満のコンポーネントが含まれています。PCBにグランドプレーンが本当に必要ですか?または正確に言うと、いつグラウンドプレーンを使用する必要がありますか?

回答:


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多くは、製造および販売する商用PCBを使用するのか、それとも自分で使用するための1回限りのボードを使用するのかによって異なります。前者の場合、FCC(パート15、意図しないラジエーター)、CE、およびその他の規制を満たすために、放射放出を抑えるために地上計画がより重要です。 -地上の飛行機。(一方、私のクライアントの1人は、3つの信号層、Vcc層、およびサンドイッチ構成の2つのグランドプレーンを備えた6層ボードを作成しました。)

最大400 kHzの信号しかない場合は、マイクロコントローラを使用していないように聞こえます(または、水晶を使用しないために内部発振器を使用している場合)。ワイヤレスブレッドボードなどで回路のプロトタイプを作成し、正常に動作する場合、グラウンドプレーンがなくても正常に動作するはずです。

商用製品を使用している場合でも、デバイスがバッテリー駆動で、1.705 MHzを超える信号がない場合(これは事実です)、FCCルールは免除されます。


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まず、仮定が有効であることを確認する必要があります。たとえば、回路がスイッチモード電源で動作する2つの機器に接続されている場合、それらのユニット間でコモンモード高周波電流が流れます。電流がデバイスに流れ、回路のトレースのインピーダンスに「ノイズ」電圧が発生します。

第二に、それが問題であるかどうかは、回路が何をしているかだけに依存します。回路内のさまざまなノード間のトレースのインピーダンスを推定し、回路への影響をモデル化する必要があります。スパイスなどの回路モデリングツールを使用している場合は、「ソリッド」接続をトレースインピーダンスに相当する回路に置き換える必要があります。その後、これらのインピーダンスで電圧降下が問題かどうかを判断できます。


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常にグランドプレーンを使用することをお勧めします。しかし、さまざまな理由により、常に可能または適切であるとは限りません。

  • 1および2層のPCB:

1層については、その理由は非常に明白だと思います。配線されていないPCBをGNDに銅で埋めることができますが、それは実際のグランドプレーンではありません。
2つのレイヤーの場合、1つのレイヤーに配線し、もう1つのレイヤーにグランドプレーンを配置するのに十分なスペースがあるとは限りませんが、可能であれば、グランドプレーンレイヤーに小さなトレースがある場合でも、それを行います。

  • アナログ設計:

一部のアナログ設計は、グランドプレーンを基準としないか、GNDにスター接続する必要があります。
たとえば、集録回路を使用している場合、異なる基準面について心配する必要があります。絶縁型電源でも同じです。

また、設計にもよりますが、5V CMOSレベルの設計を行っている場合、1Vスパイクなどの外乱は回路の動作に影響を与えませんが、1.8Vでは動作に非常に有害になります。

周波数と立ち上がり時間についても同じです。低速回路は、高速回路と比較してEMCをあまり拡散しません(信号周波数についてではなく、立ち上がり時間の等価周波数についてです)。


それでは、グランドプレーンは3層ボードで最もよく使用されると言っていますか?
ADL

3層のボードは存在しません。
zeqL
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