PCB設(shè)計(jì)中地線干擾與抑制

1、pcb設(shè)計(jì)中地線干擾與抑制設(shè)計(jì)中地線干擾與抑制1地線的定義什么是地線？大家在教科書上學(xué)的地線定義是：地線是作為電位基準(zhǔn)點(diǎn)的等電位體。這個(gè)定義是不符合實(shí)際狀況的。實(shí)際地線上的電位并不是恒定的。假如用儀表測(cè)量一下地線上各點(diǎn)之間的電位，會(huì)發(fā)覺(jué)地線上各點(diǎn)的電位可能相差很大。正是這些電位差才造成了電路工作的異樣。電路是一個(gè)等電位體的定義僅是人們對(duì)地線電位的期望。 henry 給地線了一個(gè)越發(fā)符合實(shí)際的定義，他將地線定義為：信號(hào)流回源的低阻抗路徑。這個(gè)定義中突出了地線中的流淌。根據(jù)這個(gè)定義，很簡(jiǎn)單理解地線中電位差的產(chǎn)生緣由。由于地線的阻抗總不會(huì)是零，當(dāng)一個(gè)電流通過(guò)有限阻抗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生降。因此，我們應(yīng)當(dāng)將地

2、線上的電位想象成象大海中的波浪一樣，此起彼伏。2.地線的阻抗談到地線的阻抗引起的地線上各點(diǎn)之間的電位差能夠造成電路的誤動(dòng)作，許多人覺(jué)得不行思議：我們用歐姆表測(cè)量地線的時(shí)，地線的電阻往往在毫歐姆級(jí)，電流流過(guò)這么小的電阻時(shí)怎么會(huì)產(chǎn)生這么大的電壓降，導(dǎo)致電路工作的異樣。3地線干擾機(jī)理3.1公共阻抗干擾當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，因?yàn)榈鼐€的阻抗，一個(gè)電路的地電位會(huì)受另一個(gè)電路工作電流的調(diào)制。這樣一個(gè)電路中的信號(hào)會(huì)耦合進(jìn)另一個(gè)電路，這種耦合稱為公共阻抗耦合。在數(shù)字電路中，因?yàn)樾盘?hào)的頻率較高，地線往往展現(xiàn)較大的阻抗。這時(shí)，假如存在不同的電路共用一段地線，就可能浮現(xiàn)公共阻抗耦合的問(wèn)題4地線干擾對(duì)策 4.1地環(huán)

3、路對(duì)策 從地環(huán)路干擾的機(jī)理可知，只要減小地環(huán)路中的電流就能減小地環(huán)路干擾。假如能徹底消退地環(huán)路中的電流，則可以徹底解決地環(huán)路干擾的問(wèn)題。因此我們提出以下幾種解決地環(huán)路干擾的計(jì)劃。a. 將一端的設(shè)備浮地假如將一端電路浮地，就切斷了地環(huán)路，因此可以消退地環(huán)路電流。但有兩個(gè)問(wèn)題需要注重，一個(gè)是出于平安的考慮，往往不允許電路浮地。這時(shí)可以考慮將設(shè)備通過(guò)一個(gè)接地。這樣對(duì)于50hz的溝通電流設(shè)備接地阻抗很小，而對(duì)于頻率較高的干擾信號(hào)，設(shè)備接地阻抗較大，減小了地環(huán)路電流。但這樣做只能減小高頻干擾的地環(huán)路干擾。另一個(gè)問(wèn)題是，盡管設(shè)備浮地，但設(shè)備與地之間還是有寄生，這個(gè)電容在頻率較高時(shí)會(huì)提供較低的阻抗，因此并不

4、能有效地減小高頻地環(huán)路電流。b. 用法實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的銜接利用磁路將兩個(gè)設(shè)備銜接起來(lái)，可以切斷地環(huán)路電流。 但要注重，變壓器初次級(jí)之間的寄生電容仍然能夠?yàn)轭l率較高的地環(huán)路電流提供通路，因此變壓器隔離的辦法對(duì)高頻地環(huán)路電流的抑制效果較差。提高變壓器高頻隔離效果的一個(gè)方法是在變壓器的初次級(jí)之間設(shè)置屏蔽層。但一定要注重隔離變壓器屏蔽層的接地端必需在接受電路一端。否則，不僅不能充實(shí)高頻隔離效果，還可能使高頻耦合越發(fā)嚴(yán)峻。因此，變壓器要安裝在信號(hào)接收設(shè)備的一側(cè)。經(jīng)過(guò)良好屏蔽的變壓器可以在1mhz以下的頻率提供有效的隔離。c. 用法光隔離器另一個(gè)切斷地環(huán)路的辦法是用光實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。這可以說(shuō)是解決地環(huán)路干擾

5、問(wèn)題的最抱負(fù)辦法。用光銜接有兩種辦法，一種是光耦器件，另一種是用光纖銜接。光耦的寄生電容普通為2pf，能夠在很高的頻率提供良好的隔離。光纖幾乎沒(méi)有寄生電容，但安裝、維護(hù)、成本等方面都不如光耦器件。d. 用法共模扼流圈在銜接電纜上用法共模扼流圈相當(dāng)于增強(qiáng)了地環(huán)路的阻抗，這樣在一定的地線電壓作用下，地環(huán)路電流會(huì)減小。但要注重控制共模扼流圈的寄生電容，否則對(duì)高頻干擾的隔離效果很差。共模扼流圈的匝數(shù)越多，則寄生電容越大，高頻隔離的效果越差。4.2消退公共阻抗耦合消退公共阻抗耦合的途徑有兩個(gè)，一個(gè)是減小公共地線部分的阻抗，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗耦合。另一個(gè)辦法是通過(guò)適當(dāng)?shù)慕拥胤?/p>

6、式避開(kāi)簡(jiǎn)單互相干擾的電路共用地線，普通要避開(kāi)強(qiáng)電電路和弱電電路共用地線，數(shù)字電路和共用地線。如前所述，減小地線阻抗的核心問(wèn)題是減小地線的電感。這包括用法扁平導(dǎo)體做地線，用多條相距較遠(yuǎn)的并聯(lián)導(dǎo)體作接地線。對(duì)于印刷線路板，在雙層板上布地線網(wǎng)格能夠有效地減小地線阻抗，在多層板中特地用一層做地線雖然具有很小的阻抗，但這會(huì)增強(qiáng)線路板的成本。通過(guò)適當(dāng)接地方式避開(kāi)公共阻抗的接地辦法是并聯(lián)單點(diǎn)接地。并聯(lián)接地的缺點(diǎn)是接地的導(dǎo)線過(guò)多。因此在實(shí)際中，沒(méi)有須要全部電路都并聯(lián)單點(diǎn)接地，對(duì)于互相干擾較少的電路，可以采納串聯(lián)單點(diǎn)接地。例如，可以將電路根據(jù)強(qiáng)信號(hào)，弱信號(hào)，模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)等分類，然后在同類電路內(nèi)部用串聯(lián)單點(diǎn)接地，不同類型的電路采納并聯(lián)單點(diǎn)接地。5小結(jié)pcb中地線造成電磁干擾的主要緣由是地線存在阻抗，當(dāng)電流流過(guò)地線時(shí)，會(huì)在地線上產(chǎn)生電壓，這就是地線噪聲。在這個(gè)電壓的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)產(chǎn)生地線環(huán)路電流，形成地環(huán)路干擾。當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線