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高速PCB設(shè)計(jì)接地分類及電子元器件涉及

發(fā)布時間:2020-12-29

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       隨著電子技術(shù)的發(fā)展,電子產(chǎn)品的產(chǎn)品功能越來越強(qiáng)大。PCB的設(shè)計(jì)在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用,因?yàn)镻CB設(shè)計(jì)的好與壞將 直接影響到產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)。

  在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)一個PCB電路實(shí)現(xiàn)其功能并不難,難的是其不受各種影響(如溫濕度變化,氣壓變化,機(jī)械沖擊、腐蝕影響等)。為了達(dá)到持續(xù)保持正常穩(wěn)定的工作,我們就會采取各種設(shè)計(jì)手段或制造工藝措施來排除或減少這些影響。大家都知道接地設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),良好的接地是一個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定工作的前提。那么小編今天和大伙聊聊高速PCB設(shè)計(jì)中接地方式的相關(guān)知識。

  PCB接地設(shè)計(jì):

  廣義的接地包含兩方面的意思,即接實(shí)地和接虛地。接實(shí)地指的是與大地連接;接虛地指的是與電位基準(zhǔn)點(diǎn)連接,當(dāng)這個基準(zhǔn)點(diǎn)與大地電氣絕緣,則稱為浮地連接。接地的目的有兩個:一是為了保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,防止地環(huán)路引起的干擾,常稱為工作接地;二是為了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降遭受觸電危險和保證設(shè)備的安全,這稱為保護(hù)接地。

  接地選取原則:

  對于給定的設(shè)備或系統(tǒng),在所關(guān)心的最高頻率(對應(yīng)波長為)入上,當(dāng)傳輸線的長度L〉入,則視為高頻電路,反之,則視為低頻電路。

  (1)低頻電路(<1MHZ),建議采用單點(diǎn)接地;

  (2)高頻電路(>10MHZ),建議采用多點(diǎn)接地;

 ?。?)高低頻混合電路,混合接地,適用的工作頻率范圍一般為500kHz——30MHz;

  PCB接地方式:

  1.單點(diǎn)接地:所有電路的地線接到地線平面的同一點(diǎn),分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。

  單點(diǎn)接地是整個系統(tǒng)中,只有一個物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),其他各個需要接地的點(diǎn)都連接到這一點(diǎn)上。

  單點(diǎn)接地適用于頻率較低的電路中(1MHZ以下)。若系統(tǒng)的工作頻率很高,以致工作波長與系統(tǒng)接地引線的長度可比擬時,單點(diǎn)接地方式就有問題了。當(dāng)?shù)鼐€的長度接近于1/4波長時,它就象一根終端短路的傳輸線,地線的電流、電壓呈駐波分布,地線變成了輻射天線,而不能起到“地”的作用。

  為了減少接地阻抗,避免輻射,地線的長度應(yīng)小于1/20波長。在電源電路的處理上,一般可以考慮單點(diǎn)接地。對于大量采用的數(shù)字電路的PCB,由于其含有豐富的高次諧波,一般不建議采用單點(diǎn)接地方式。

  多點(diǎn)接地

  2.多點(diǎn)接地:所有電路的地線就近接地,地線很短適合高頻接地。

  多點(diǎn)接地是指設(shè)備中各個接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引線的長度最短。

  多點(diǎn)接地電路結(jié)構(gòu)簡單,接地線上可能出現(xiàn)的高頻駐波現(xiàn)象顯著減少,適用于工作頻率較高的(>10MHZ)場合。但多點(diǎn)接地可能會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部形成許多接地環(huán)路,從而降低設(shè)備對外界電磁場的抵御能力。在多點(diǎn)接地的情況下,要注

  意地環(huán)路問題,尤其是不同的模塊、設(shè)備之間組網(wǎng)時。地線回路導(dǎo)致的電磁干擾:

  理想地線應(yīng)是一個零電位、零阻抗的物理實(shí)體。但實(shí)際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量,當(dāng)有電流通過該地線時,就要產(chǎn)生電壓降。地線會與其他連線(信號、電源線等)構(gòu)成回路,當(dāng)時變電磁場耦合到該回路時,就在地回路

  中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,并由地回路耦合到負(fù)載,構(gòu)成潛在的EMI威脅。

  3.混合接地:將單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地混合使用。

  一般所有的模塊都會綜合使用兩種接地方式,采用混合接地的方式完成電路地線與地平面的連接。

  如果不選擇使用整個平面的作為公共的地線,比如模塊本身有兩個地線的時候,就需要進(jìn)行對地平面進(jìn)行分割,這往往與電源平面有相互作用。注意以下的幾點(diǎn)原則:

 ?。?)將各個平面對齊處理,避免無關(guān)的電源平面和地平面之間的重疊,否則將導(dǎo)致所有的地平面分割失效,彼此之間產(chǎn)生干擾;

 ?。?)在高頻的情況下,層間通過電路板寄生電容會產(chǎn)生耦合;

 ?。?)在地平面之間(如數(shù)字地平面和模擬地平面)的信號線使用地橋進(jìn)行連接,并且通過就近的通孔配置最近的返回路徑。

 ?。?)避免在隔離的地平面附近走時鐘線等高頻走線,引起不必要的輻射。

 ?。?)信號線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積盡可能小,也被稱為環(huán)路最小規(guī)則;環(huán)面積越小,對外的輻射越少,接收外界的干擾也越小。在地平面分割和信號走線時,要考慮到地平面與重要信號走線的分布,防止由于地平面開槽等帶來的問題。

  4.浮地:

  浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。

  由于浮地自身的一些弱點(diǎn),不太適合一般的大系統(tǒng)中,其接地方式很少采用
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