0V参考面分割实践方法介绍

不要因为我们总是这样做的，或者因为一个EMC指南或一个IC应用手册中这样建议而分割一个0V参考面。过去的传统习惯是按照模拟和数字电路将0V参考面分割成两个区域。但自20世纪80年代初以来，我们已经发现数以百计的PCB设计通过采用一个适用于所有电路的0V参考面，而获得了较好的信号质量和EMC性能。许多其他电子设计工程师也有着相类似的经验。现今，模拟信号的质量要大大优于以前几十年都认为是最新技术结晶的质量。

由于现代IC中小型化硅工艺的广泛采用，分割0V参考面的采用与否仅可以作为一个完整EMC设计方案的一个组成部分加以慎重考虑。并且要由具有很高EMC专业知识，并装备有所有必须的EMC测试设施的专业人员来执行。在频率为1GHz以上时，由0V参考面分割所形成的任何实际宽度的间隙都不会工作得很好。在频率大于2.5GHz以上，几乎不具有任何分割所形成的效果。这显然是由于随着频率的增加，跨越在分割面间的杂散寄生电容的阻抗也随着降低的缘故。

重要的是：必须跨越分割的0V参考面的线条本身的发送和返回电流的布线一定要非常靠近。这一点并不总是那么容易做到或不需要花费太高成本就能完成的。但假如不能正确的做到这一点的话，结果所导致EMC性能的下降将会远远超过使用分割平面的获益。如何正确处理线条跨越分割平面的问题将会在下一节中进行讨论。

判断是否要对一个0V参考面进行分割的一个办法是按照设计制作一个可以提供分割和不分割两种选择的原型PCB，然后分别对两种选择进行测试，以确定哪一个工作得更好一些。

由于在PCB上各自隔离的电路区域中电路已布局完毕，按照这些隔离的电路区域来分割0V参考面是相当容易的。用于小型电容器、电阻器或零欧姆连接的焊盘结构应按照所要求的间距设置在所有分割平面的周边。这样在需要时，它们可以被用来连接被分割的0V参考面两边的平面。这些元件经常被称之为平面缝合元件。图2-3-12图示了上述的概念。

图2-3-12 缝合分割的0V参考面的例子

环绕一个分割平面周边的平面缝合元件之间的间距不应该超过所关心最高频率波长的λ/10（在计算λ时，要将PCB介质的介电常数k考虑在内）。例如，在一个FR4 PCB中，为了对频率高达1GHz的信号进行控制，缝合元件的间距不应大于15mm。

PCB原型板上采用的计算机测试软件应尽可能地接近最终电路设计和将要使用的软件。并要对它的信号质量（模拟信号）、信号完整性和EMC从完全没有使用缝合元件开始进行测试（假如还没有使用线条连接的话，则单个位置上连接分割平面的任何零欧姆连接除外）。这里并不需要像对待最终产品那样进行完整的EMC测试。通常仅在一个普通实验室的工作台上，使用近场探头和一个不那么昂贵的，甚至可以是租用的一个频谱分析仪来对发射进行测试就可能完全满足需要。有关近场探头的详细结构，请参阅相关文献的介绍。

接着要进行的是将各种不同容量的电容器（通常使用的范围为1～100nF）安装在一些或所有的缝合焊盘上，以检查运行性能是否有所改善或发射有所下降（或者抗扰性能有所提高）。在DC上的单个平面连接，加上容性缝合可以被认为是一种混合平面搭接方案。这一点与在文献中讨论的混合底板搭接方案相类似。零欧姆连接也可以在某些或所有缝合焊盘上完成。但假如怀疑可能会引起谐振的话，则值得使用一些电阻（或阻—容串联）来代替它们一试。(www.xing528.com)

应该记住的是，除非安装了所有的缝合元件，在所关心的最高频率上，可能无法获得对信号完整性和发射的恰当控制。在有些情况下，多增设几个缝合元件反而会导致某些频率上发射的恶化。但是缝合元件数量上的增加至少要比初始情况下获得的结果要好。

明眼的读者一定已经会发现可能的缝合范围的实验数目会过于巨大。但大多数设计工程师都会先试用几个最为明显的选择。例如：

1）所有的缝合焊盘都使用零欧姆连接；

2）所有的缝合焊盘都使用电容连接。并围绕每个周边依次使用的电容值分别为1、2.7、4.7和10nF。

最后，根据与仅有基本的DC参考面连接的初始实验结果相对照，并进行迭代，以选择出最好的结果。

虽然我们根本就不推荐对0V参考面进行分割，但在实际应用中仍然会存在有必须这样做的情况。如电气上要求隔离的电路区域分享同一个PCB就是这样一个必须对0V参考面进行分割的例子。此时，电气上隔离的0V区域应根据上述的准则用若干个分布在分割面周边的小电容缝合到主0V面上。图2-3-13所示的就是这样的情况。

图2-3-13 电气上隔离的0V参考面间缝合的例子

平面分割在DC电源线，甚至音频上提供了必需的电气隔离。而在RF频率上，缝合电容则尽可能地提供了近乎于设在整个PCB上的完整0V参考面所能提供的得益。但经常需要选用高额定电压类型的电容来作为缝合电容。在安全性能是一个问题的场合，电容器的类型和电容值通常首先是在考虑到安全性能的前提下，再结合考虑它们的EMC性能。