复杂电路接地和供电的实用方法

1.考虑元件的额定功率和公差

2.确定连接宽度

3.确定对电压降、噪声引入或产生的敏感度

4.限制电流环路面积以减少EMI辐射

在图2中，主电源轨已被颜色编码，流经相应GND符号处的电流已被匹配到提供电流的电源轨。例如，每一个与电池充电不相关的部件(红色)，有一个端电流返回到电池，但USB到音频IC由3.3V BUCK调节器供电，而它是由5V Boost调节器供电的，之后接到电池。因此，GND电流从音频IC按先后顺序返回到各调节器，然后到达电池，音频IC电流不会直接返回到电池。

图2：典型的移动平板电脑示意图模块。

图2所示的系统采用了一个锂离子电池，通过USB充电器或无线功率发射器和接收器可以进行充电。电池电压可被升压到+ 5V(用于相机变焦马达、针对微处理器的+3.3V降压调节器、音频和触摸屏)，可降压到+ 1.2V(用于微处理器、存储器、蓝牙和WiFi)，也可升压到+ 7V用于相机闪光灯。显然，电压调节器应放在各自的负载附近，但最终由于产品形状尺寸的限制，通常迫使设计者把负载放在距离电源较远的位置，或在电路板周围混杂放置。可以看出，每个电源需要支持多个负载，因此必须采用精心策划的布线和布局方案来控制电流路径和无意产生的EMI。这里是一些重要的布局考虑因素：i)可用的空间，)机械方面的约束，)电源和GND轨可接受的电压降(负载电流和迹线/平面正方形数目的乘积)，)电源和GND电流路径，以及v)成本(PCB层数，组件)，)数字或模拟信号的频率，以及从电源直接返回路径的可行性。

作为最后一个案例，这里介绍一个假设的具有机械约束的最终系统。在这样的系统中，用户界面和整体尺寸会给设计带来一些限制。图3示出了每一个模块的实际位置：

图3：典型的移动平板电脑应用模块和布局。

图3中的每个电源都被颜色编码以便区分，图中最重要的部分是彩色标识的GND返回电流。因为多个电源是串联的，导致每个最终负载和GND电流被迫以它们被加电时相同的顺序去完成返回路径。例如，电池为BUCK1.2V调节器加电，该调节器为微处理器供电。因此，流经微处理器的电流在返回到电池之前，将直接返回到BUCK1.2V调节器器GND端。如果未能预见到全部的电流回路和电流路径完成的次序，就可能导致电路运行不稳定，或者没有足够的GND电流返回，原因是这些问题没有在电路布局中适当地考虑到并加以控制。

例如，可以很容易地想到系统工程师会把蓝牙和WiFi天线放置在相机和闪光灯的位置。由照相机与无线/蓝牙模块的位置颠倒产生的问题是，即使+ 1.2V电源仍然可正常地把电力分开来提供给那些需要的模块，高频蓝牙和WiFi的GND返回电流会直接流过微处理器/存储器模块的下方，由此可把与天线相关的纹波电流和电压反弹直接引入到高频微处理器GND和存储器存取。这将导致电池温度的模-数转换错误，可能会破坏扬声器的立体声音质，影响相机的分辨率，并导致存储器错误，以至于数据丢失。通过比较，如图中所画部分所示，从BUCK1.2V调节器到每个独立的负载和返回电源路径(在这种情况下为BUCK1.2V)，WiFi /蓝牙电源和GND电流将保持独立并且采取并联方式，避免了所有上述问题。

值得注意的是，上述所列出的各例中都假设采用一个单一的GND，并且被画在一个铜平面上，该平面在一个PCB层中为连续和不间断的。此接地平面由电路中所有的模块共享，而不是隔分GND平面，或把它分离为多个子部分，之后使用组件来连接GND平面及控制电流路径。特意的模块布局已经开始得到实施，因为这种方法使用自然的电流流动可以使电路屏蔽免受不需要的GND反弹影响。任何承载电流或电压(正电位)的线路必须要有一个返回路径，而返回路径应尽可能地接近正电位形式的信号，并且会被分配到源信号/电源轨下方的GND平面上。

在理解了电流的流动和最小化电流环路的概念后可以得到一个明显的结论，单点接地方法是PCB设计的理想和首选方法，因为它显著减少了元件数量，电路板层数和潜在的辐射：每段线路和模块应该在PCB板上具有尽可能短的返回路径。按照此指导原则，系统设计人员只需要从正确的走线宽度、组件和模块的智能布局等角度来控制PCB设计。他没有必要去检查每一段线路，或搭建多个实验板以获得正确的电源、信号和GND方案。单一、不间断的GND平面层带来的另外一个优点是该平面的连续性允许产生的热量均匀地散布在整个PCB表面，从而实现较低的工作温度。