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[原创] 高速PCB设计接地分类及选取原则

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    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2018-1-8 14:40:08 |显示全部楼层
    本帖最后由 ky123 于 2018-1-9 08:58 编辑

      随着电子技术的发展,电子产品的产品功能越来越强大。PCB的设计在电子产品的设计中起着举足轻重的作用,因为PCB设计的好与坏将直接影响到产品功能的实现。

      在电子产品设计中,设计一个PCB电路实现其功能并不难,难的是其不受各种影响(如温湿度变化,气压变化,机械冲击、腐蚀影响等)。为了达到持续保持正常稳定的工作,我们就会采取各种设计手段或制造工艺措施来排除或减少这些影响。大家都知道接地设计是系统设计的基础,良好的接地是一个系统安全、稳定工作的前提。那么小编今天和大伙聊聊高速PCB设计中接地方式的相关知识。

      PCB接地设计:

      广义的接地包含两方面的意思,即接实地和接虚地。接实地指的是与大地连接;接虚地指的是与电位基准点连接,当这个基准点与大地电气绝缘,则称为浮地连接。接地的目的有两个:一是为了保证控制系统稳定可靠地运行,防止地环路引起的干扰,常称为工作接地;二是为了避免操作人员因设备的绝缘损坏或下降遭受触电危险和保证设备的安全,这称为保护接地。

      接地选取原则:

      对于给定的设备或系统,在所关心的最高频率(对应波长为)入上,当传输线的长度L〉入,则视为高频电路,反之,则视为低频电路。

      (1)低频电路(<1MHZ),建议采用单点接地;

      (2)高频电路(>10MHZ),建议采用多点接地;

      (3)高低频混合电路,混合接地,适用的工作频率范围一般为500kHz——30MHz;

      PCB接地方式:

      1.单点接地:所有电路的地线接到地线平面的同一点,分为串联单点接地和并联单点接地。

      单点接地是整个系统中,只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都连接到这一点上。

      单点接地适用于频率较低的电路中(1MHZ以下)。若系统的工作频率很高,以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时,单点接地方式就有问题了。当地线的长度接近于1/4波长时,它就象一根终端短路的传输线,地线的电流、电压呈驻波分布,地线变成了辐射天线,而不能起到“地”的作用。

      为了减少接地阻抗,避免辐射,地线的长度应小于1/20波长。在电源电路的处理上,一般可以考虑单点接地。对于大量采用的数字电路的PCB,由于其含有丰富的高次谐波,一般不建议采用单点接地方式。

      多点接地

      2.多点接地:所有电路的地线就近接地,地线很短适合高频接地。

      多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引线的长度最短。

      多点接地电路结构简单,接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少,适用于工作频率较高的(>10MHZ)场合。但多点接地可能会导致设备内部形成许多接地环路,从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。在多点接地的情况下,要注

      意地环路问题,尤其是不同的模块、设备之间组网时。地线回路导致的电磁干扰:

      理想地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。但实际的地线本身既有电阻分量又有电抗分量,当有电流通过该地线时,就要产生电压降。地线会与其他连线(信号、电源线等)构成回路,当时变电磁场耦合到该回路时,就在地回路

      中产生感应电动势,并由地回路耦合到负载,构成潜在的EMI威胁。

      3.混合接地:将单点接地和多点接地混合使用。

      一般所有的模块都会综合使用两种接地方式,采用混合接地的方式完成电路地线与地平面的连接。

      如果不选择使用整个平面的作为公共的地线,比如模块本身有两个地线的时候,就需要进行对地平面进行分割,这往往与电源平面有相互作用。注意以下的几点原则:

      (1)将各个平面对齐处理,避免无关的电源平面和地平面之间的重叠,否则将导致所有的地平面分割失效,彼此之间产生干扰;

      (2)在高频的情况下,层间通过电路板寄生电容会产生耦合;

      (3)在地平面之间(如数字地平面和模拟地平面)的信号线使用地桥进行连接,并且通过就近的通孔配置最近的返回路径。

      (4)避免在隔离的地平面附近走时钟线等高频走线,引起不必要的辐射。

      (5)信号线与其回路构成的环面积尽可能小,也被称为环路最小规则;环面积越小,对外的辐射越少,接收外界的干扰也越小。在地平面分割和信号走线时,要考虑到地平面与重要信号走线的分布,防止由于地平面开槽等带来的问题。

      4.浮地:

      浮地是指设备地线系统在电气上与大地绝缘的一种接地方式。

      由于浮地自身的一些弱点,不太适合一般的大系统中,其接地方式很少采用

      以上即是高速PCB设计接地分类及选取原则,更多行业信息可查阅快点学院订阅号:eqpcb_cp。


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