高速PCB設計接地分類(lèi)及選取原則

發(fā)布時(shí)間:2018-1-8 14:46    發(fā)布者:板兒妹0517
  隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展,電子產(chǎn)品的產(chǎn)品功能越來(lái)越強大。PCB的設計在電子產(chǎn)品的設計中起著(zhù)舉足輕重的作用,因為PCB設計的好與壞將直接影響到產(chǎn)品功能的實(shí)現。

  在電子產(chǎn)品設計中,設計一個(gè)PCB電路實(shí)現其功能并不難,難的是其不受各種影響(如溫濕度變化,氣壓變化,機械沖擊、腐蝕影響等)。為了達到持續保持正常穩定的工作,我們就會(huì )采取各種設計手段或制造工藝措施來(lái)排除或減少這些影響。大家都知道接地設計是系統設計的基礎,良好的接地是一個(gè)系統安全、穩定工作的前提。那么小編今天和大伙聊聊高速PCB設計中接地方式的相關(guān)知識。

  PCB接地設計:

  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點(diǎn)連接,當這個(gè)基準點(diǎn)與大地電氣絕緣,則稱(chēng)為浮地連接。接地的目的有兩個(gè):一是為了保證控制系統穩定可靠地運行,防止地環(huán)路引起的干擾,常稱(chēng)為工作接地;二是為了避免操作人員因設備的絕緣損壞或下降遭受觸電危險和保證設備的安全,這稱(chēng)為保護接地。

  接地選取原則:

  對于給定的設備或系統,在所關(guān)心的最高頻率(對應波長(cháng)為)入上,當傳輸線(xiàn)的長(cháng)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;

 。3)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(xiàn)接到地線(xiàn)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(gè)系統中,只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),其他各個(gè)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)。若系統的工作頻率很高,以致工作波長(cháng)與系統接地引線(xiàn)的長(cháng)度可比擬時(shí),單點(diǎn)接地方式就有問(wèn)題了。當地線(xiàn)的長(cháng)度接近于1/4波長(cháng)時(shí),它就象一根終端短路的傳輸線(xiàn),地線(xiàn)的電流、電壓呈駐波分布,地線(xiàn)變成了輻射天線(xiàn),而不能起到“地”的作用。

  為了減少接地阻抗,避免輻射,地線(xiàn)的長(cháng)度應小于1/20波長(cháng)。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(xiàn)就近接地,地線(xiàn)很短適合高頻接地。

  多點(diǎn)接地是指設備中各個(gè)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(xiàn)的長(cháng)度最短。

  多點(diǎn)接地電路結構簡(jiǎn)單,接地線(xiàn)上可能出現的高頻駐波現象顯著(zhù)減少,適用于工作頻率較高的(>10MHZ)場(chǎng)合。但多點(diǎn)接地可能會(huì )導致設備內部形成許多接地環(huán)路,從而降低設備對外界電磁場(chǎng)的抵御能力。在多點(diǎn)接地的情況下,要注

  意地環(huán)路問(wèn)題,尤其是不同的模塊、設備之間組網(wǎng)時(shí)。地線(xiàn)回路導致的電磁干擾:

  理想地線(xiàn)應是一個(gè)零電位、零阻抗的物理實(shí)體。但實(shí)際的地線(xiàn)本身既有電阻分量又有電抗分量,當有電流通過(guò)該地線(xiàn)時(shí),就要產(chǎn)生電壓降。地線(xiàn)會(huì )與其他連線(xiàn)(信號、電源線(xiàn)等)構成回路,當時(shí)變電磁場(chǎng)耦合到該回路時(shí),就在地回路

  中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢,并由地回路耦合到負載,構成潛在的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(huì )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(xiàn)與地平面的連接。

  如果不選擇使用整個(gè)平面的作為公共的地線(xiàn),比如模塊本身有兩個(gè)地線(xiàn)的時(shí)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:

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

 。2)在高頻的情況下,層間通過(guò)電路板寄生電容會(huì )產(chǎn)生耦合;

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

 。4)避免在隔離的地平面附近走時(shí)鐘線(xiàn)等高頻走線(xiàn),引起不必要的輻射。

 。5)信號線(xiàn)與其回路構成的環(huán)面積盡可能小,也被稱(chēng)為環(huán)路最小規則;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(xiàn)時(shí),要考慮到地平面與重要信號走線(xiàn)的分布,防止由于地平面開(kāi)槽等帶來(lái)的問(wèn)題。

  4.浮地:

  浮地是指設備地線(xiàn)系統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中,其接地方式很少采用

  以上即是高速PCB設計接地分類(lèi)及選取原則,更多行業(yè)信息可查閱快點(diǎn)學(xué)院訂閱號:eqpcb_cp。


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