实现单点接地设计的方法、单点接地PCB封装和印刷电路板与流程

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及到一种实现单点接地设计的方法、单点接地PCB封装和印刷电路板。

背景技术：

随着各种电子产品设计集成的功能越来越多，在一块印刷电路板板(Printed Circuit Board，PCB)上集成基带、射频、音频、电源管理等模块电路的设计也越来越多。在这些模块电路中，基带电路大部分是数字电路；而射频、音频、电源管理等电路大多涉及到模拟电路。在既有数字电路又有模拟电路的设计方案中，通常需要将模拟、音频等低频电路的地采用单点接地处理，也就是将各个电路模块的地线各自在某一点接到主地平面上。

现有的单点接地设计方式主要采用人工控制，具体为：在PCB电路原理图设计阶段，原理图工程师把需要单点接地的芯片管脚连接到地网络，并在该地网络符号附近做单点接地标注，如图1所示。在PCB设计阶段，针对PCB电路原理图中的单点接地电路，需要布局工程师特别处理，例如，针对图1所示的单点接地管脚需要单独接到主地平面层，需要将其它布线层上的此单点接地管脚走线附近的地割除，直接打孔至主地平面层，并在除主地平面层之外的各信号层将该孔附近的地割除。最终，使得该单点接地电路不和周边的其它地网络相连，只保留和主地平面层的连通性实现单点接地处理。

然而，现有的单点接地处理方式，存在以下问题：

1)采用人工方式，难以避免疏漏：布局工程师难免忘记添加禁止布线区或者忽略掉单点接地需求时，从而出现电路功能上的问题。

2)检查困难：无论原理图还是PCB设计文件，检查单点接地时都需要靠人为对照原理图标注和PCB上对应的管脚逐一排查，实现难度大。

3)统计困难：无论原理图还是PCB设计文件，若需统计单点接地的数量时，都需要人为对照原理图标注和PCB上对应的管脚逐一统计，效率低下且容易疏漏。

4)工作量大，效率低下：每一个单点接地网络，布局工程师都需要逐层添加禁止布线区域。

5)过电流能力无法保证：单点接地信号大多需要采用过孔连接到主地平面，而电源等单点接地信号有时需要很大的电流回流到地，一个过孔往往无法满足，而在PCB设计中，电路工程师往往无法管控过孔数量，这种情况下，原理图和PCB设计都无法有效保证过电流能力。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种实现单点接地设计的方法、单点接地PCB封装和印刷电路板，旨在解决通过人工控制方式进行单点接地设计时出现的上述技术问题。

为达以上目的，本发明提出一种实现单点接地设计的方法，所述方法包括以下步骤：

提供一个PCB板，所述PCB板至少包括一个信号层和一个主地平面层；

在所述PCB板上设计单点接地PCB封装，所述单点接地PCB封装包括单点接地器件和单点接地过孔，所述单点接地器件设于所述主地平面层，并与所述主地平面层的地平面导通，所述单点接地过孔贯穿所述信号层与所述单点接地器件导通，并与所述信号层的信号区相隔离；

当需要实现单点接地设计时，调用所述单点接地PCB封装。

可选地，所述方法还包括：

读取PCB电路原理图，判断所述PCB电路原理图中是否有单点接地符号；

当所述PCB电路原理图中有单点接地符号时，判定需要实现单点接地设计。

可选地，所述单点接地符号前后两端的走线网络名称不同。

可选地，所述单点接地符号包括第一管脚和第二管脚，所述第一管脚连接需要单点接地的元件，所述第二管脚连接地网络。

可选地，所述单点接地器件包括相互连接的第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘与所述单点接地过孔导通，所述第二焊盘与所述主地平面层的地平面导通。

可选地，所述第二焊盘具有一凹陷部，所述第一焊盘部分容置于所述凹陷部内与所述第二焊盘零距离接触。

可选地，所述第一焊盘为圆形，所述第二焊盘为具有所述凹陷部的矩形。

可选地，所述第二焊盘的长度与所述第一焊盘的直径相等，所述第二焊盘的宽度大于所述第一焊盘的半径，所述第二焊盘的宽度的延伸方向为所述凹陷部的凹陷方向。

可选地，所述单点接地过孔包括第三焊盘以及贯穿所述第三焊盘和所述信号层的金属化孔，所述第三焊盘为圆形。

可选地，所述单点接地过孔为盲孔，所述第一焊盘的直径为0.5mm，所述第二焊盘的宽度为0.3-0.5mm，所述第三焊盘的直径为0.25-0.3mm，所述第二焊盘的宽度的延伸方向为所述凹陷部的凹陷方向。

可选地，所述单点接地过孔为埋孔，所述第一焊盘的直径为0.7mm，所述第二焊盘的宽度为0.4-0.7mm，所述第三焊盘的直径为0.45-0.5mm，所述第二焊盘的宽度的延伸方向为所述凹陷部的凹陷方向。

本发明还提出一种单点接地PCB封装，所述单点接地PCB封装设置在PCB板上，所述PCB板至少包括一个信号层和一个主地平面层，所述单点接地PCB封装包括单点接地器件和单点接地过孔，所述单点接地器件设于所述主地平面层，并与所述主地平面层的地平面导通，所述单点接地过孔贯穿所述信号层与所述单点接地器件导通，并与所述信号层的信号区相隔离。

可选地，所述单点接地器件包括相互连接的第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘与所述单点接地过孔导通，所述第二焊盘与所述主地平面层的地平面导通。

可选地，所述第二焊盘具有一凹陷部，所述第一焊盘部分容置于所述凹陷部内与所述第二焊盘零距离接触。

可选地，所述所述第一焊盘为圆形，所述第二焊盘为具有所述凹陷部的矩形。

可选地，所述第二焊盘的长度与所述第一焊盘的直径相等，所述第二焊盘的宽度大于所述第一焊盘的半径，所述第二焊盘的宽度的延伸方向为所述凹陷部的凹陷方向。

可选地，所述单点接地过孔包括第三焊盘以及贯穿所述第三焊盘和所述信号层的金属化孔，所述第三焊盘为圆形。

可选地，所述单点接地过孔为盲孔，所述第一焊盘的直径为0.5mm，所述第二焊盘的宽度为0.3-0.5mm，所述第三焊盘的直径为0.25-0.3mm，所述第二焊盘的宽度的延伸方向为所述凹陷部的凹陷方向。

可选地，所述单点接地过孔为埋孔，所述第一焊盘的直径为0.7mm，所述第二焊盘的宽度为0.4-0.7mm，所述第三焊盘的直径为0.45-0.5mm，所述第二焊盘的宽度的延伸方向为所述凹陷部的凹陷方向。

本发明还提出一种印刷电路板，所述印刷电路板包括至少一个信号层和一个主地平面层，至少一个信号层上设有需要单点接地的元件，还包括至少一个单点接地PCB封装，所述单点接地PCB封装包括单点接地器件和单点接地过孔，所述单点接地器件设于所述主地平面层，并与所述主地平面层的地平面导通，所述单点接地过孔连接所述需要单点接地的元件并贯穿至少一个信号层与所述单点接地器件导通，所述单点接地过孔与所述信号层的信号区相隔离。

本发明实施例所提供的一种实现单点接地设计的方法，将单点接地作为一个独立的器件进行处理，该器件拥有对应于电路原理图的图形符号，以及对应于PCB的封装结构，实现了对单点接地的标准化设计和自动化处理。相对于人工控制方式，本发明实施例提高了PCB的设计效率和可靠性，减小了工作量且易于修改布局，能够保证过流能力，并且易于对单点接地进行统计以及查找检查。

附图说明

图1是现有技术中PCB电路原理图的部分电路连接示意图

图2是本发明第一实施例的实现单点接地设计的方法的流程图；

图3是本发明实施例中PCB电路原理图的部分电路连接示意图；

图4是本发明第二实施例的单点接地PCB封装的主视图；

图5是图4中的单点接地PCB封装的俯视图；

图6是图4中的单点接地器件的结构示意图；

图7是本发明第三实施例的印刷电路板的剖视图；

图8是本发明实施例的印刷电路板的又一剖视图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明实施例对单点接地实行标准化设计。首先设计好单点接地封装，将单点接地封装存入标准封装库中，后续在PCB设计过程中，当需要实现单点接地设计时，则直接在标准封装库中调用单点接地PCB封装即可。

参照图2，提出本发明第一实施例的实现单点接地设计的方法，所述方法包括以下步骤：

S11、提供一个PCB板，该PCB板至少包括一个信号层和一个主地平面层。

PCB通常为多层板，如四层板、六层板、八层板等，主地平面层通常在多个信号层之间，如位于第2层、第3层、第5层等。

S12、在PCB板上设计单点接地PCB封装，该单点接地PCB封装包括单点接地器件和单点接地过孔，单点接地器件与主地平面层的地平面导通，单点接地过孔贯穿信号层与单点接地器件导通。

本发明实施例中，将单点接地作为一个独立的电子器件，设计成单点接地PCB封装，并在设计PCB电路原理图时，在图中标注出单点接地符号。其中，单点接地PCB封装的结构将在后面的实施例中进行详细描述。

S13、当需要实现单点接地设计时，调用单点接地PCB封装。

在PCB板设计过程中，当需要实现单点接地设计时，则直接调用标准封装库中的单点接地PCB封装。具体的，加工设备读取PCB电路原理图，判断PCB电路原理图中是否有单点接地符号；当PCB电路原理图中有单点接地符号时，则判定需要实现单点接地设计，直接调用对应的单点接地PCB封装。

本发明实施例中，在设计PCB电路原理图时，在图中标注出单点接地符号，将单点接地作为一个像电阻、电容等那样的单独的器件进行处理，为单点接地器件设置一个图形符号，并标注在电路原理图中。

如图3所示，单点接地符号包括第一管脚S和第二管脚G，第一管脚S连接需要单点接地的元件(chip)，第二管脚G连接地网络Gnd。由于单点接地符号的隔离作用，其前后两端的走线网络可以通过不同的命名区别开来，如前端与元件的单点接地管脚连接的走线网络可以命名为single_gnd，与后端的地网络Gnd相区别。在PCB设计中，单点接地符号前端的走线网络single_gnd，也与其它地平面自动区别开来，无需人工添加禁布区。

此单点接地符号对应于相应的单点接地PCB封装，而单个PCB封装的过电流能力是已知的，电路工程师在设计原理图时，可以通过添加的单点接地符号数量控制PCB上的单点接地PCB封装的数量，从而控制过电流能力，增强从设计理念到实体转化的控制能力。

参见图4-图6，提出本发明第二实施例的单点接地PCB封装，其中，图4是单点接地PCB封装的主视图，图5是单点接地PCB封装的俯视图，图6是单点接地器件的结构示意图。单点接地PCB封装设置在PCB板上，该PCB板至少包括一个信号层和一个主地平面层，单点接地PCB封装包括单点接地器件10和单点接地过孔20，单点接地器件10设于主地平面层上，与主地平面层的地平面导通，单点接地过孔20贯穿信号层并与单点接地器件10导通，并与信号层的信号区相隔离。单点接地过孔20可能贯穿一个信号层，也可能贯穿两个(如图4)或者多个信号层，根据主地平面层所处的位置而定。

单点接地器件10包括相互连接的第一焊盘11和第二焊盘12，第一焊盘11与单点接地过孔20导通，第二焊盘12与主地平面层的地平面导通，单点接地网络通过单点接地过孔20连接单点接地器件10的第一焊盘11。单点接地器件10的第一焊盘11对应前述电路原路图上的single_gnd网络，第二焊盘12对应Gnd网络。

进一步地，第二焊盘12具有一凹陷部，第一焊盘11部分容置于凹陷部内与第二焊盘12零距离接触，从而一方面减小了单点接地器件10的占用面积，另一方面使得第一焊盘11和第二焊盘12的连接更加紧密可靠。如图6所示，作为优选，本实施例中，第一焊盘11为直径为d1的圆形焊盘，第二焊盘12为具有凹陷部的矩形焊盘，二者的间距为0，第二焊盘12的长度优选与第一焊盘11的直径d1相等，宽度l优选大于第一焊盘11的半径，即l>d1/2，其中第二焊盘12的宽度的延伸方向与凹陷部的凹陷方向相同。

如图4、图5所示，单点接地过孔20包括第三焊盘21以及贯穿第三焊盘21和信号层的金属化孔22，第三焊盘21设于信号层上，优选直径为d2的圆形焊盘，便于金属化过孔22的钻取，提高钻孔的位置精度。

根据主地平面层的不同，以及PCB板的盲埋孔结构的不同，到主地平面层的单点接地过孔20可能为盲孔，也可能为埋孔，盲孔即单点接地过孔20从第一层(信号层)开始贯穿到主地平面层，埋孔即单点接地过孔20至少从第二层(信号层)开始贯穿到主地平面层。在设计单点接地PCB封装时，前述d1、l、d2的取值随单点接地过孔20的种类不同而不同。当单点接地过孔20为盲孔时，优选地，第一焊盘11的直径d1为0.5mm，第二焊盘12的宽度l为0.3-0.5mm，第三焊盘21的直径d2为0.25-0.3mm。当单点接地过孔20为埋孔时，优选地，第一焊盘11的直径d1为0.7mm，第二焊盘12的宽度l为0.4-0.7mm，第三焊盘21的直径d2为0.45-0.5mm。

可以根据常用的PCB叠层结构，建立若干种单点接地PCB封装，推荐除上下两个表层外，每层建立两种具有不同规格的单点接地PCB封装，以适配盲孔和埋孔，放入标准封装库。PCB原理图设计阶段，电路工程师通过在原理图中添加单点接符号的单点接地PCB封装属性控制使用哪种单点接地PCB封装。

参照图7、图8，提出本发明第三实施例的印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板为多层结构，除底层外，每一层(Layer)包括绝缘基体101和导电层102，绝缘基体101优选FR4，又称为高频板、补强板、玻纤板、环氧板等，导电层102优选铜皮层。所述印刷电路板包括至少一个信号层和一个主地平面层，至少一个信号层上设有需要单点接地的元件。还包括至少一个单点接地PCB封装，该单点接地PCB封装包括单点接地器件10和单点接地过孔20，单点接地器件10设于主地平面层，并与主地平面层的地平面30导通，单点接地过孔20连接需要单点接地的元件并贯穿至少一个信号层与单点接地器件10导通，单点接地过孔20与信号层的信号区相隔离。本实施例中所描述的单点接地PCB封装为前述第二实施例所涉及的单点接地PCB封装，在此不再赘述。

如图7所示，印刷电路板为八层二阶板，第3层为主地平面层，其余层为信号层，需要单点接地的元件在第1层上，单点接地过孔20为盲孔。单点接地过孔20的金属化过孔21直接从第1层上需要单点接地的元件的管脚焊盘(即复用为单点接地过孔20的第三焊盘21)连接到第3层，即单点接地过孔20贯穿两个信号层。在第3层(主地平面层)放置单点接地器件10，第一焊盘11直接放置在第三层的盲孔焊盘上，即将第3层的盲孔焊盘复用为单点接地器件10的第一焊盘11，第二焊盘12与地平面30相连接。由于第一焊盘11和第二盘焊盘12连接的走线网络不同，故第一焊盘11之前的走线、各信号层的第三焊盘21以及第一焊盘11均不与地网络相连接，只有第二焊盘12与主地平面层的地平面30连接，从而实现单点接地的目的。

如图8所示，印刷电路板为八层一阶板，第5层为主地平面层，其余层为信号层，需要单点接地的元件在第1层上，单点接地过孔20为埋孔。首先将第1层上需要单点接地的器件管脚焊盘通过盲孔40连接到第2层，然后在附近继续钻从第2层到第7层的埋孔50，埋孔50与盲孔40在第2层相连，埋孔50的第2层到第5层部分为单点接地过孔20，即单点接地过孔20贯穿了3个信号层。在第5层放置单点接地器件10，第一焊盘11直接放置在第5层的埋孔焊盘上，即将第5层的埋孔焊盘复用为单点接地器件10的第一焊盘11，第二焊盘12与地平面相30连接。由于第一焊盘11和第二盘焊盘12连接的走线网络不同，故第一焊盘11之前的走线、各信号层的第三焊盘21以及第一焊盘11均不与地网络相连接，只有第二焊盘12与主地平面层的地平面30连接，从而实现单点接地的目的。

本发明实施例提出的实现单点接地设计的方法、单点接地PCB封装和印刷电路板，将单点接地作为一个像电阻、电容等器件那样的独立器件进行处理，该器件拥有对应于电路原理图的图形符号，以及对应于PCB的封装结构，实现了对单点接地的标准化设计和自动化处理。相对于人工控制方式，本发明实施例具有如下优点：

1.提高了设计效率和可靠性：采用标准化的电路设计理念，将单点接地作为一种器件处理，将原来由人为控制的方式改为了流程化的软件控制方式，提高了效率，并避免了人为疏漏而导致的电路功能故障等问题。

2.易于查找检查：无论原理图还是PCB设计文件，检查单点接地时，只需要通过软件查找位号即可找到。

3.易于统计：无论原理图还是PCB设计文件，若需统计单点接地的数量时，只需导出物料清单(Bill ofMaterials，BOM)查看即可

4.减小了工作量，且易于修改布局：布局(Layout)工程师对单点接地网络无需特殊处理，布线时按照普通网络对待即可，无需铺设禁止布线区域。修改布局时，也无需重新铺设禁止布线区域。

5.能够保证过流能力：单点接地符号对应于相应的单点接地PCB封装，而单个PCB封装的过电流能力是已知的，电路工程师在设计原理图时，可以通过添加的单点接地符号数量控制PCB上的单点接地PCB封装的数量，从而控制过电流能力，增强从设计理念到实体转化的控制能力。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。