很多同学向我提过一个疑问:pcb设计中gnd是整面覆铜和用线连起来,这种方式哪种效果好?
很多老eda工程师做两层电源板都不习惯覆铜,具体什么原因也很难说清楚,这种方式gnd的连接效率很低,反而会被新手嘲笑。直接铺个铜箔,表层上几百个gnd的焊盘就自动连接起来了,还用一根根的手动去连,太搞笑了。搞的很多老eda工程师在新手面前都不知道怎么布线了。
其实,小易觉得没有绝对的对和错,gnd整体覆铜和用线连起来,不能太绝对说哪种好,哪种坏,而是要看具体的布线环境,比如线路板的层数、层叠和电源的种类多少都有关系的。从pdn电源仿真角度来看,是有一个标准的,那就是:保****证电源的回路电感最小。
我们根据pdn仿真的思路来寻求电源回路电感的最小方式,大家知道电源的回路就是gnd的流向,在pcb设计中有很多的gnd属性的焊盘,gnd是1对多的情况,一个gnd焊盘同时和很多gnd焊盘、线和通孔保持了物理属性的连接,如下图这种情况,a-b两点的连接就有直接线连、铜箔连接和打孔内部连接这3种方式,那这3种方式电源回路都是平均分的吗?
电源回路怎么走?它当然不会像我们想象中的那么听话,在高中物理也讲到过一个并联电阻的模型,如下图,当r1远小于r2时,电流会选择走r1的,r2
几乎可以看做一个断路。在a-b两点也存在类似的问题,线连接、铜箔连接和打孔内层连接可以看做是r1、r2和r3这3路并联在一起,要使电源回路电感最小,就要看r1、r2和r3哪一路的阻抗最小。
阻抗最小就要保证回流的路径最短,上图中可以看到a处直接在gnd焊盘处打孔,这样电源和gnd的回流路径最短。因为有gnd和电源层,表层和电源和gnd属性的焊盘连接都会直接在焊盘旁边打孔,然后将电源和gnd层引入内层统一连接起来。如下图所示,这样电源层和gnd层两层间组成一个大的回路,同时考虑到20h原则,会在板边打一些gnd孔,这样让gnd的铜箔面积大于电源层的面积。
这样做严格上说不需要top和bottom层也覆gnd铜箔,因为gnd属性的焊盘不会在表层连起来,表层覆gnd铜箔会带来一些意想不到的杂铜问题, 比如下图bga区,会碰到gnd的焊盘通过很细的铜箔勉强连起来,这个宽度可能超出了板厂的最小工艺。
为了防止这种情况,一般的处理方法是bga区域禁止覆gnd铜箔,或者top和bottom层不覆盖gnd铜箔。gnd焊盘要连接到gnd,必须从焊盘拉出一段线,然后打孔连接到gnd层。
如下图所示,电源和gnd焊盘都满足拉出线打孔连接到内层,但左边电源和gnd的在电源和gnd层间的通孔之间回流路径很大,右边的处理方法就很好,保证电源和gnd地在同层间路径最短,是最好的处理方法。
通过以上的研究,大家知道了:有电源层和gnd层的多层板,整体覆gnd铜箔是最佳选择。那如果没有电源层和gnd层呢?比如只有两层的电源板,是不是也要覆gnd铜箔呢?
两层板的情况就不同了,首先没有gnd层,也就预示着在gnd焊盘旁直接打孔到另外一层,下方不一定正好是gnd的网络。再者,eda工程师在拉线的时候,知道gnd焊盘最后是整体覆铜解决的,走线的时候就不会拉gnd的线;在最后看到只剩下gnd的焊盘没连起来,就直接两层全部覆gnd铜箔,然后再通过eda软件去查还有哪些焊盘是open的。
这样造成的问题是,只关心到gnd是否都连起来,不会去关心回流路径是否最短,比如下图中,如果手动连线,两个gnd焊盘可以表层连起来的,但覆铜后,虽然可以打孔通过另外一层连起来,但路径长了很多。而且有时候,为了把gnd孔要拉出焊盘好远,才能找到另外一层的gnd铜箔连起来。
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PCB设计中GND是整体覆铜还是用线连起来
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