Когда я должен использовать наземную плоскость?

Я новичок в дизайне печатных плат. Моя схема содержит напряжение 3,3 В, максимальную частоту сигнала 400 кГц и менее 10 компонентов, подключенных к земле. Мне действительно нужна земляная плата в моей печатной плате? Или, если быть точным: когда я должен использовать наземную плоскость?

Многое зависит от того, производите ли вы коммерческую печатную плату для производства и продажи, или несколько разовых плат для вашего собственного использования. Если первое, то план заземления более важен для снижения излучаемых излучений в соответствии с требованиями FCC (Часть 15, непреднамеренные излучатели), CE и другими правилами, хотя я видел много коммерческих продуктов с одно- или двухсторонними платами и не самолеты (С другой стороны, один из моих клиентов только что сделал шестислойную плату с тремя уровнями сигнала, слоем Vcc и двумя плоскостями заземления в конфигурации сэндвича.)

Если у вас есть сигналы только до 400 кГц, это звучит так, как будто вы не используете микроконтроллер (или, если вы используете, вы используете внутренний генератор, поэтому нет кристалла). Если вы создали прототип вашей схемы на беспроводной макетной плате и т. П., И она работает нормально, тогда она должна нормально работать без заземления.

Даже если вы работаете с коммерческим продуктом, если ваше устройство работает от батареи и не имеет сигналов выше 1.705 МГц (что справедливо в вашем случае), оно освобождается от правил FCC.

Во-первых, вы должны убедиться, что ваши предположения верны. Например, если ваша цепь подключена к двум элементам оборудования, питаемым от переключателей, то между этими устройствами будет проходить синфазный высокочастотный ток. Ток будет течь через ваше устройство, генерируя «шумовые» напряжения на импедансах следов в вашей цепи.

Во-вторых: будет ли это проблема или нет, зависит только от того, что делает схема. Вам необходимо оценить импедансы трасс между различными узлами в цепи и смоделировать их влияние на цепь. Если вы используете инструмент для моделирования цепей, такой как spice, вы должны заменить ваши «сплошные» соединения цепями, эквивалентными импедансам трассировки. Затем вы можете определить, являются ли падения напряжения на этих импедансах проблемой или нет.

В идеале вы всегда должны использовать наземную плоскость. Но по разным причинам это не всегда возможно или целесообразно:

• 1 и 2 слой (ы) печатной платы:

Для 1 слоя, я думаю, причина вполне очевидна. Вы можете заполнить неразведенную печатную плату медью до заземления, но это не настоящая земля.
Для двух слоев у вас не всегда достаточно места для маршрутизации на одном слое и заземления на другом, но если вы можете, сделайте это, даже если у вас есть небольшие следы на слое заземления.

• Аналоговый дизайн:

Некоторые аналоговые конструкции не должны ссылаться на плоскость заземления или иметь заземление для заземления.
Например, если вы выполняете схему сбора данных, вам следует беспокоиться о различных опорных плоскостях. То же самое для изолированных источников питания.

Кроме того, это зависит от вашей конструкции: если вы делаете проект уровня CMOS 5 В, помехи, такие как пики 1 В, могут не влиять на поведение вашей схемы, в то время как при напряжении 1,8 В это становится весьма вредным для поведения.

То же самое для частоты и времени нарастания: низкоскоростная цепь не будет распространять слишком много ЭМС по сравнению с высокоскоростными цепями (я говорю не о частоте сигнала, а о эквивалентной частоте времени нарастания).