在“PCB 设计”领域中,最为关键且基础的要素无疑是“电源与地 GND”的设计;以下将结合具体案例进行详细阐述:
i)、对于“基础电路”而言,其“电源与地 GND”通常仅包含 2 个端口,绝大多数情况下,这两个端口会被标记为“VCC”和“GND”;
ii)、对于“中等复杂度电路”而言,必须实施“地平面分割”策略,这是因为“GND”是电路中噪声最为集中的区域,所有噪声源最终都会通过线路传导至 GND 上;同时,“数字电路”对噪声具有较高的容忍度,而“模拟电路”对噪声极为敏感,若两种电路共用同一 GND,数字电路产生的噪声将直接干扰模拟电路,导致 GND 电位出现显著偏移,根据实际测试数据,曾发现某电路中 GND 电位偏移最高可达“350mV”,这一偏差直接引发了“AD/DA”转换器的功能紊乱;
iii)、对于“高级电路”而言,其“电源与地 GND”的设计需要更加精细,不仅要进行分割,还需全面考虑“电源线压降”、“电源上电时序”、“电源完整性”、“GND 分割策略”以及“GND 干扰抑制”等多个关键因素
1、电源与地详解
在“PCB”设计中,对“电源与地 GND”进行明确区分至关重要,尽管个人目前接触的种类有限,但以下将尽可能详细地列举相关类型,具体如下图所示:
首先,关于电源与 GND 的关键点主要有 5 个,即:“VCC”、“VDD”、“VSS”、“VEE”以及“GND”,下面将逐一进行说明:
i)、“VCC”:模拟电源,“C”代表“Circuit”,即“电路”或“接入电路的电压”;
ii)、“VDD”:数字电源,“D”代表“Device”,即“元器件”或“接入器件的电压”;
iii)、“VSS”:数字地,“S”代表“Serial”,即“公共连接”或“负极”;
iv)、负电源,“E”代表“Emitter Voltage”,即“负电源”,通常用于“ECL电路的负电压”,即“发射极耦合逻辑电路(emitter coupled logic)”;
v)、“GND”:表示“地”;
其次,关于电源的分类主要有 4 类:“VCC”、“Vdd”、“Vss”以及“VEE”;
i)、“VCC”:“C=circuit”,表示“电路”的含义,即“接入电路的电压”;
ii)、“Vdd”:“D=Device”,表示“器件”的含义,即“器件内部的电压”;
iii)、“Vss”:“S=series”,表示“公共连接”的含义,即“电路公共接地端”;
iv)、“VEE”:负电源或模拟信号地;
再次,关于“GND”的分类主要有 3 种:“直流电源地”、“模拟地”以及“数字地”;
i)、“直流电源地”:“Power GND”(PGND)或直接简写为“GND”;
ii)、“模拟地”:“Analog GND”(AGND);
iii)、“数字地”:“Digital GND”(DGND),国内部分文献中也会写作“SGND”(拼音“shuzi”的首字母);
在实际应用中,大多数情况下,“电源”和“GND”的分类中,“GND”默认均被标记为“GND”,对于简单电路,无需进行详细区分,可直接使用;如下所示:
在“AD”电路设计中,若需要使用不同的“GND”时,除了使用不同的“GND 符号”外,还可以通过“直接修改 GND 网络名”的方式实现“不同 GND 网络的区分”,如下所示,手动将网络名修改为“AGND”;
从上述内容可以看出,修改后的“AGND”与“GND”不再是同一网络,尽管它们的“网络符”相同,但在实际表现中却呈现出“不同的 nets”的状态;