以電池供電產品之高度競爭市場中，當考量目標成本時總是要求設計者在設計中使用雙層電路板。雖然多層板（四層、六層以及八層）的解決方式無論在尺寸、雜訊，以及性能上都可以做得更好，但成本壓力迫使工程師必須儘量使用雙層板。在本文中將討論使用或不用自動佈線、有或沒有接地面的電流返回路徑的概念，以及關於雙層板零件的佈置方式。

使用自動佈線器來設計印刷電路板（PCB）是吸引人的。大多數的情形下，自動佈線對純數位的電路（尤其是低頻率信號且低密度的電路）的動作不至於會有問題。但當嚐試使用佈線軟體提供的自動佈線工具做類比、混合訊號或高速電路的佈線時，可能會出現一些問題，而且有可能造成極嚴重的電路性能問題。

例如，(圖一)所示為雙層板自動走線的上層，(圖二)為電路板的下層。對混合訊號電路的佈線而言，各種裝置都是經過周詳的考慮後才以人工方式將零件放置到板子上並將數位與類比裝置隔開。

《圖一　電路圖的自動走線佈線上層》

《圖二　電路圖的自動走線佈線上層》

關於佈線有許多要考慮的事項，但較為困擾的問題是接地方式。假使接地路徑是由上層開始，每個裝置的接地皆經由在該層上的拉線連接到地線。對下層的每個裝置而言，是由電路板右邊的貫孔連接到上層而形成接地回路。使用者在檢查佈線方式時會看到的立即紅色旗標表示存在多個接地回路。此外，下層的接地回路被一條水平信號線隔斷。這個接地結構的可取之處只在於類比裝置（MCP3202；12-bit AD轉換器與 MCP4125；2.5V參考電壓） 是集中在電路板的右邊。該佈置可以確保數位接地訊號不會從這些類比晶片下經過。

電路的人工佈線請見(圖三)與(圖四)。使用人工佈線，要遵守下列的設計指南以確保良好的效果：

但須注意的是，這兩片雙層板在電路板的下層都有一個接地面。如此設計是為了讓工程師在做故障排除時可以迅速地看到佈線，此種方式常出現在裝置製造商的示範與評估板上。但更典型的做法是在電路板的上層鋪上接地面，以降低電磁干擾（EMI）。

《圖三　電路圖的人工走線佈線上層》

《圖四　電路圖的人工走線佈線下層》

接地面的電流返回路徑的有無

處理電流返回路徑時，應該要考慮的基本問題是：

星形連接的範例如(圖五)所示。

《圖五　如果無法設計成接地面，電流返回路徑可用「星形」佈線方式來處理》

以此種方式，每種裝置的接地電流單獨返回到電源端。使用者會發現圖五中並非所有裝置都有自己的返回路徑。U1與U2共用返回路徑，允許這樣做的先決條件是須符合下列設計所需注意之要點。

勿使數位電路通過類比裝置。

數位電路在切換期間會在地回路上形成相當大的電流但其時間很短。此種現象是由於接地回路的等效電感與電阻而造成。接地面或地線的電感部份，將產生V＝Lδi/δt的壓降，L是接地面或地線的等效電感，δi是來自數位裝置電流的改變而δt是電流變化的時間。計算接地面或地線等效電阻部份造成的電壓變化是V＝RI，R是接地面或地線的等效電阻，I是數位裝置的電流變化。這種接地面或地線的電壓變化將影響類比裝置輸入端與接地間之正常信號。

勿使高速電流通過低速裝置

高速電路的接地返回信號在接地面上的變化有類似以上所述的效果，決定這個干擾效果的公式是：對接地面或地線等效電感而言V＝Lδi/δt，而對接地面或地線等效電阻而言V＝RI。當數位電路或高速電路的接地面或地線穿越過類比裝置的拉線時，會造成類比裝置輸入端與接地間信號的改變。不論使用何種技術，必須設計使得接地返回路徑的等效電阻與電感為最小。如果使用接地面，切斷接地面可能增進或降低電路的性能，需小心使用。

《圖六　完全將類比與數位接地面隔開之方式。》 圖註:有時連續接地面的效果較被隔開的接地面差。在此圖(a)中顯示出的接地佈線方式較(b)中所示效果為差。

在(圖六)中，精確的類比與連接器較接近，但它與數位電路以及來自電源供應電路的切換電流隔絕。此為一種能有效使接地返回路徑分隔的方式。該技術也用於之前圖三與圖四中討論的佈線中。

結論

探討與佈線相關的技術時，兩種問題將會被討論：一為假使管理階層不能使用雙層板或接地面，但仍需要降低電路中的雜訊時怎麼辦？以及要如何設計符合接地面需求的電路？一般而言，解決之道為告知管理階層，如果想達到可靠的電路性能，接地面是必要的。使用接地面的主要理由是接地阻抗低，並可降低一定程度的 EMI。但假使因成本限制而讓使用者無法達到所需，本文提供的一些建議，例如星形網路以及正確的電流返回路徑，亦能稍微減低電路雜訊。（作者任職於Microchip）

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