随著電子技術的發展,電子産品的産品功能越來越強大。PCB的設計在電子産品的設計中起著舉足輕重的作用,因爲PCB設計的好與壞将直接影響到産品功能的實現。
在電子産品設計中,設計一個PCB電路實現其功能並不難,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)。爲瞭達到持續保持正常穩定的工作,我們就會採取各種設計手段或制造工藝措施來排除或減少這些影響。大家都知道接地設計是系統設計的基礎,良好的接地是一個系統安全、穩定工作的前提。那麽小編今天和大夥聊聊高速PCB設計中接地方式的相關知識。
PCB接地設計:
廣義的接地包含兩方面的意思,即接實地和接虛地。接實地指的是與大地連接;接虛地指的是與電位基準點連接,當這個基準點與大地電氣絕緣,則稱爲浮地連接。接地的目的有兩個:一是爲瞭保證控制系統穩定可靠地運行,防止地環路引起的幹擾,常稱爲工作接地;二是爲瞭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,這稱爲保護接地。
接地選取原則:
對於給定的設備或系統,在所關心的最高頻率(對應波長爲)入上,當傳輸線的長度L〉入,則視爲高頻電路,反之,則視爲低頻電路。
(1)低頻電路(《1MHZ),建議採用單點接地;
(2)高頻電路(》10MHZ),建議採用多點接地;
(3)高低頻混合電路,混合接地,适用的工作頻率範圍一般爲500kHz——30MHz;
PCB接地方式:
1.單點接地:所有電路的地線接到地線平面的同一點,分爲串聯單點接地和並聯單點接地。
單點接地是整個系統中,隻有一個物理點被定義爲接地參考點,其他各個需要接地的點都連接到這一點上。
單點接地适用於頻率較低的電路中(1MHZ以下)。若系統的工作頻率很高,以緻工作波長與系統接地引線的長度可比拟時,單點接地方式就有問題瞭。當地線的長度接近於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,地線變成瞭輻射天線,而不能起到“地”的作用。
爲瞭減少接地阻抗,避免輻射,地線的長度應小於1/20波長。在電源電路的處理上,一般可以考慮單點接地。對於大量採用的數字電路的PCB,由於其含有豐富的高次諧波,一般不建議採用單點接地方式。
多點接地
2.多點接地:所有電路的地線就近接地,地線很短适合高頻接地。
多點接地是指設備中各個接地點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。
多點接地電路結構簡單,接地線上可能出現的高頻駐波現象顯著減少,适用於工作頻率較高的(》10MHZ)場合。但多點接地可能會導緻設備内部形成許多接地環路,從而降低設備對外界電磁場的抵禦能力。在多點接地的情況下,要注
意地環路問題,尤其是不同的模塊、設備之間組網時。地線回路導緻的電磁幹擾:
理想地線應是一個零電位、零阻抗的物理實體。但實際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量,當有電流通過該地線時,就要産生電壓降。地線會與其他連線(信号、電源線等)構成回路,當時變電磁場耦合到該回路時,就在地回路
中産生感應電動勢,並由地回路耦合到負載,構成潛在的EMI威脅。
3.混合接地:将單點接地和多點接地混合使用。
一般所有的模塊都會綜合使用兩種接地方式,採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爲公共的地線,比如模塊本身有兩個地線的時候,就需要進行對地平面進行分割,這往往與電源平面有相互作用。注意以下的幾點原則:
(1)将各個平面對齊處理,避免無關的電源平面和地平面之間的重疊,否則将導緻所有的地平面分割失效,彼此之間産生幹擾;
(2)在高頻的情況下,層間通過電路闆寄生電容會産生耦合;
(3)在地平面之間(如數字地平面和模拟地平面)的信号線使用地橋進行連接,並且通過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鍾線等高頻走線,引起不必要的輻射。
(5)信号線與其回路構成的環面積盡可能小,也被稱爲環路最小規則;環面積越小,對外的輻射越少,接收外界的幹擾也越小。在地平面分割和信号走線時,要考慮到地平面與重要信号走線的分布,防止由於地平面開槽等帶來的問題。
4.浮地:
浮地是指設備地線系統在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。
由於浮地自身的一些弱點,不太适合一般的大系統中,其接地方式很少採用。