基本技術分析:電磁兼容接地技巧
發布時間:2019-01-17 責任編輯:xueqi
【導讀】接地是電路或係統正常工作的基本技術要求之一,也是EMC性能高低之關鍵因素。在電子設備中,合理地應用接地技術,能抑製電磁噪聲,大大提高係統的抗幹擾能力,減少EMI。並且良好的接地對電磁場有很好的屏蔽作用,能釋放設備機殼上積累的大量的電荷,從而避免產生靜電放電效應。
在設計一個產品時,在設計期間就考慮到接地是最經濟的方法。一個設計良好的接地係統,不僅從PCB,而且能從係統的角度防止輻射和進行係敏感度的防護。
有關接地係統所關心的重要領域包括:
①通過對高頻元件的仔細布局,減小電流環路的麵積或使其極小化。
②對PCB或係統分區時,使高帶寬的高頻電路與低頻電路分開。
③設計PCB或係統時,使幹擾電流不通過公共的接地回路影響其他電路。
④仔細選擇接地點以使環路電流,接地阻抗及電路的轉移阻抗最小。
⑤把通過接地係統的電流考慮為注入或從電路中流出的噪聲。
⑥把非常敏感的(低噪聲容限)的電路連接到一穩定的接地參考源上。
首先了解一下接地的分類及相關定義,根據接地的作用不同,將設備的“地”分成以下3大類:
工作地
工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準電位。該基準電位可以設為電路係統中的某一點、某一段或某一塊等。當該基準電位不與大地連接時,視為相對的零電位。這種相對的零電位會隨著外界電磁場的變化而變化,從而導致電路係統工作的不穩定。當該基準電位與大地連接時,基準電位視為大地的零電位而不會隨著外界電磁場的變化而變化。
根據電路的性質,將工作接地分為不同的種類,比如直流地、交流地、數字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。上述不同的接地應當分別設置。
這裏重點介紹信號地和功率地:
xinhaodishigezhongwuliliangdechuanganqihexinhaoyuanlingdianweidegonggongjizhundixian。xinhaodidejiaohaodingyishixinhaoliuhuiyuandeyigedizukanglujing。zhegedingyituchuledianliudeliudong。dangdianliuliuguoyouxianzukangshi,biranhuidaozhidianyajiang,yincizhegedingyifanyingleshijidixianshangdedianweiqingkuang。
功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地線。由於負載電路或功率驅動電路的電流較強、電壓較高,所以功率地線上的幹擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設置。
安全地
安全接地即將機殼接大地。一是防止機殼上積累電荷,產生靜電放電而危及設備和人身安全;二是當設備的絕緣損壞而使機殼帶電時,促使電源的保護動作而切斷電源,以便保護工作人員的安全。
有時,為防止雷擊而設置避雷針,以防止雷擊時危及設備和人身安全。為安全考慮,要直接接在大地上。
出於電磁兼容需要接地
除了設備工作和安全保護之外,有時設計人員對設備還需要采取一些措施,比如屏蔽、濾波等,這些也是需要接地的,因此有時還用到下麵的地。
(1)屏蔽接地:電(dian)路(lu)之(zhi)間(jian)由(you)於(yu)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)必(bi)須(xu)進(jin)行(xing)必(bi)要(yao)的(de)隔(ge)離(li)和(he)屏(ping)蔽(bi),提(ti)供(gong)給(gei)這(zhe)些(xie)隔(ge)離(li)和(he)屏(ping)蔽(bi)的(de)金(jin)屬(shu)的(de)地(di)線(xian)。屏(ping)蔽(bi)與(yu)接(jie)地(di)應(ying)當(dang)配(pei)合(he)使(shi)用(yong),才(cai)能(neng)起(qi)到(dao)屏(ping)蔽(bi)的(de)效(xiao)果(guo)。屏(ping)蔽(bi)接(jie)地(di)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)電(dian)路(lu)的(de)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)接(jie)地(di)、電纜的屏蔽層接地和係統的屏蔽體接地。
(2)濾波接地:濾(lv)波(bo)器(qi)中(zhong)一(yi)般(ban)都(dou)包(bao)含(han)信(xin)號(hao)線(xian)和(he)電(dian)源(yuan)線(xian)到(dao)地(di)的(de)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong),提(ti)供(gong)給(gei)這(zhe)些(xie)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)的(de)接(jie)地(di),如(ru)果(guo)不(bu)接(jie)地(di),這(zhe)些(xie)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)就(jiu)出(chu)於(yu)懸(xuan)浮(fu)狀(zhuang)態(tai),起(qi)不(bu)到(dao)旁(pang)路(lu)的(de)作(zuo)用(yong)。
(3)噪聲和幹擾抑製:對內部噪聲和外部幹擾的控製需要設備和係統上的許多點與地相連,從而為幹擾信號提供最低阻抗的通道。
(4)靜電接地:非導電用的導體器件接地,泄放靜電和防止接受無線電波再發射。
根據上述的接地分類情況,我們發現其實接地的真正功能主要有兩個,那就是提供安全和信號“零電位”兩種作用,因此可以更通俗易懂的將接地分為“安全地”和“信號地”兩種。安全地是為了設備電氣安全,一般與大地相連,保證接地的設備與大地處於同一個電位;信號地是為了電路能夠正常工作,不一定與大地相連接,可以是任何定義為電位參考點的位置。
8.1.3 接地方式
接(jie)地(di)沒(mei)有(you)一(yi)個(ge)很(hen)係(xi)統(tong)的(de)理(li)論(lun)或(huo)模(mo)型(xing),人(ren)們(men)在(zai)考(kao)慮(lv)接(jie)地(di)時(shi)隻(zhi)能(neng)依(yi)靠(kao)他(ta)過(guo)去(qu)的(de)經(jing)驗(yan)或(huo)從(cong)書(shu)上(shang)看(kan)到(dao)的(de)經(jing)驗(yan)。接(jie)地(di)的(de)方(fang)法(fa)很(hen)多(duo),具(ju)體(ti)使(shi)用(yong)那(na)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)取(qu)決(jue)於(yu)係(xi)統(tong)的(de)結(jie)構(gou)和(he)功(gong)能(neng)。接(jie)地(di)的(de)方(fang)式(shi)可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)三(san)種(zhong):單點接地,多點接地和混合接地。其中單點接地可以分為串聯單點接地和並聯單點接地兩種,如圖所示。

信號接地方式
單點接地
單點接地連接是指在產品的設計中,接地線路與單獨一個參考點相連,該點常常以地球為參考,如圖所示。
單點接地要求每個電路隻接地一次,並且接在同一點,並設置一個安全接地螺栓,防止來自兩個不同子係統( 有不同的參考電平) 中的電流與射頻電流經過同樣的返回路徑,從而導致共阻抗耦合。
為防止工頻和其它雜散電流在信號地線上產生幹擾,信號地線應與功率地線和機殼地線相絕緣。且隻在功率地、機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連(浮地式除外)。
單點接地
工作頻率低(<1MHz)的采用單點接地式,這意味著分布傳輸阻抗的影響是極小的。
單點接地有兩種類型,一種是串聯單點接地,另一種是並聯單點接地。如圖8-3所示。
單點接地的分類


串聯單點接地的幹擾:

從公式中可以看出,A、B、C各點的電位是受電路工作電流影響的,隨各電路的地線電流而變化。尤其是C點的電位,十分不穩定。
chuanlianjiedishiyigechuanjilianjiegou,zhezhongjiegouyunxugegezixitongdejiedicankaozhijiangonggongzukangouhe,huichuxianjiaoyanzhongdegongmoouhezaosheng,tongshiyouyuduidifenbudianrongdeyingxiang,huichanshengbinglianxiezhenxianxiang,dadazengjiadixiandezukang。
這(zhe)種(zhong)接(jie)地(di)方(fang)式(shi)雖(sui)然(ran)有(you)很(hen)大(da)的(de)問(wen)題(ti),卻(que)是(shi)實(shi)際(ji)中(zhong)最(zui)常(chang)見(jian)的(de),因(yin)為(wei)它(ta)十(shi)分(fen)簡(jian)單(dan)。如(ru)果(guo)存(cun)在(zai)多(duo)種(zhong)不(bu)同(tong)功(gong)率(lv)等(deng)級(ji)的(de)電(dian)路(lu),那(na)麼(me)就(jiu)不(bu)能(neng)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)接(jie)地(di)技(ji)術(shu),因(yin)為(wei)大(da)功(gong)率(lv)電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)大(da)的(de)回(hui)地(di)電(dian)流(liu),將(jiang)影(ying)響(xiang)低(di)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)和(he)電(dian)路(lu)。如(ru)果(guo)說(shuo)一(yi)定(ding)要(yao)采(cai)取(qu)這(zhe)種(zhong)接(jie)地(di)方(fang)法(fa),那(na)麼(me)最(zui)敏(min)感(gan)的(de)電(dian)路(lu)必(bi)須(xu)直(zhi)接(jie)設(she)置(zhi)在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)位(wei)置(zhi)處(chu)(A點),這點電位是最穩定的,並且盡量遠離低功率器件和電路。另外,從前麵討論的放大器情況知道,功率輸出級要放在A點,前置放大器放在B、C點。
解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)並(bing)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)。並(bing)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)即(ji)所(suo)有(you)的(de)器(qi)件(jian)的(de)地(di)直(zhi)接(jie)接(jie)到(dao)地(di)彙(hui)接(jie)點(dian),然(ran)而(er)並(bing)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)需(xu)要(yao)較(jiao)多(duo)的(de)導(dao)線(xian),而(er)且(qie)因(yin)為(wei)每(mei)個(ge)電(dian)流(liu)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)可(ke)能(neng)有(you)不(bu)同(tong)的(de)阻(zu)抗(kang)而(er)導(dao)致(zhi)接(jie)地(di)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)的(de)加(jia)劇(ju)。當(dang)多(duo)個(ge)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)並(bing)行(xing)方(fang)式(shi)連(lian)接(jie)到(dao)一(yi)起(qi)時(shi),產(chan)品(pin)不(bu)能(neng)通(tong)過(guo)輻(fu)射(she)檢(jian)驗(yan)。設(she)計(ji)者(zhe)在(zai)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)布(bu)局(ju)時(shi),應(ying)使(shi)每(mei)條(tiao)回(hui)地(di)路(lu)徑(jing)上(shang)的(de)電(dian)感(gan)值(zhi)大(da)致(zhi)相(xiang)同(tong)(實際很難做到),從而對電路運行的影響不會出現多諧振。
實際的情況中可以靈活采用這兩種單點接地方式,比如如圖8-4所(suo)示(shi),可(ke)以(yi)將(jiang)電(dian)路(lu)按(an)照(zhao)特(te)性(xing)分(fen)組(zu),相(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)不(bu)易(yi)發(fa)生(sheng)幹(gan)擾(rao)的(de)電(dian)路(lu)放(fang)在(zai)同(tong)一(yi)組(zu),相(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)容(rong)易(yi)發(fa)生(sheng)幹(gan)擾(rao)的(de)電(dian)路(lu)放(fang)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)組(zu)。組(zu)內(nei)采(cai)用(yong)串(chuan)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di),不(bu)同(tong)組(zu)的(de)接(jie)地(di)采(cai)用(yong)並(bing)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)。這(zhe)樣(yang),既(ji)解(jie)決(jue)了(le)公(gong)共(gong)阻(zu)抗(kang)耦(ou)合(he)的(de)問(wen)題(ti),又(you)避(bi)免(mian)了(le)地(di)線(xian)過(guo)多(duo)的(de)問(wen)題(ti)。但(dan)是(shi)絕(jue)不(bu)要(yao)使(shi)功(gong)率(lv)相(xiang)差(cha)很(hen)大(da)的(de)電(dian)路(lu)或(huo)噪(zao)聲(sheng)電(dian)平(ping)相(xiang)差(cha)很(hen)大(da)的(de)電(dian)路(lu)共(gong)用(yong)一(yi)段(duan)地(di)線(xian)。
並聯串聯單點接地的混合方案
使(shi)用(yong)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)技(ji)術(shu),除(chu)了(le)射(she)頻(pin)輻(fu)射(she)耦(ou)合(he)外(wai),也(ye)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)串(chuan)擾(rao),這(zhe)取(qu)決(jue)於(yu)電(dian)流(liu)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)之(zhi)間(jian)物(wu)理(li)間(jian)距(ju)的(de)大(da)小(xiao)。串(chuan)擾(rao)存(cun)在(zai)的(de)程(cheng)度(du)取(qu)決(jue)於(yu)返(fan)回(hui)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei),高(gao)頻(pin)元(yuan)件(jian)比(bi)低(di)頻(pin)元(yuan)件(jian)的(de)輻(fu)射(she)更(geng)嚴(yan)重(zhong)。
單點接地技術常見於音頻電路、模擬設備、工(gong)頻(pin)及(ji)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong),還(hai)有(you)塑(su)料(liao)封(feng)裝(zhuang)的(de)產(chan)品(pin)。雖(sui)然(ran)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)技(ji)術(shu)通(tong)常(chang)在(zai)低(di)頻(pin)采(cai)用(yong),但(dan)有(you)時(shi)它(ta)也(ye)應(ying)用(yong)於(yu)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)或(huo)係(xi)統(tong)中(zhong),當(dang)設(she)計(ji)者(zhe)們(men)清(qing)楚(chu)不(bu)同(tong)的(de)接(jie)地(di)結(jie)構(gou)中(zhong)存(cun)在(zai)的(de)所(suo)有(you)有(you)關(guan)電(dian)感(gan)的(de)問(wen)題(ti)時(shi),這(zhe)種(zhong)應(ying)用(yong)是(shi)可(ke)行(xing)的(de)。
多點接地
多點接地就是所有電路的地線接到公共地線的不同點,一般電路就近接地。
如ru圖tu所suo示shi,設she備bei內nei電dian路lu都dou以yi機ji殼ke為wei參can考kao點dian,而er各ge個ge設she備bei的de機ji殼ke又you都dou以yi地di為wei參can考kao點dian。這zhe種zhong接jie地di結jie構gou能neng夠gou提ti供gong較jiao低di的de接jie地di阻zu抗kang。在zai這zhe種zhong接jie地di的de方fang式shi的de缺que點dian是shi形xing成cheng各ge種zhong地di線xian回hui路lu,造zao成cheng地di環huan路lu幹gan擾rao,這zhe對dui設she備bei內nei同tong時shi使shi用yong的de具ju有you較jiao低di頻pin率lv的de電dian路lu會hui產chan生sheng不bu良liang影ying響xiang。
多點接地
工作頻率高(>30MHz)的采用多點接地式(即在該電路係統中,用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路),weilejianxiaodiangan,yaoqiudixiandechangdujinliangduan,zaipinlvhengaodexitongzhong,tongchangjiedixianyaokongzhizaijihaomidefanweinei。meigenjiedixiandechangduxiaoyuxinhaobochangde1/20。
多點接地的公共阻抗耦合問題

多點接地時容易產生公共阻抗耦合問題。在低頻的場合,通過單點接地可以解決這個問題。但在高頻時,隻能通過減小地線阻抗(減小公共阻抗)來解決。在導體表麵鍍銀能夠降低導體的電阻,如圖所示。
通用的經驗法則是,對於低於1MHz 的頻率來說,優選單點接地。假設信號是上升沿長、頻率低的信號,頻率介於1MHz 到10MHz 之間,這時也隻有當最長的走線或接地引線長小於波長的1/20 時,才可用單點接地,而且每條走線的線長都應考慮在內。多點接地可以減少噪音產生電路與0V 參考點之間的電感,原因是存在許多並行RF 電流回路,即使在0 V 參考點上有許多並聯接地線,仍舊可能會在兩個接地引線之間產生接地環路。這些接地環路容易感應ESD磁場能量或者容易產生EMI 輻射。
混合接地
混hun合he接jie地di則ze是shi結jie合he了le單dan點dian接jie地di和he多duo點dian接jie地di的de綜zong合he應ying用yong,既ji包bao含han了le單dan點dian接jie地di的de特te性xing,又you包bao含han了le多duo點dian接jie地di的de特te性xing。一yi般ban是shi在zai單dan點dian接jie地di的de基ji礎chu上shang再zai通tong過guo一yi些xie電dian感gan或huo電dian容rong多duo點dian接jie地di(如圖8-7所示),它是利用電感、電(dian)容(rong)器(qi)件(jian)在(zai)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)下(xia)有(you)不(bu)同(tong)阻(zu)抗(kang)的(de)特(te)性(xing),使(shi)地(di)線(xian)係(xi)統(tong)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)頻(pin)率(lv)下(xia)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)的(de)接(jie)地(di)結(jie)構(gou),主(zhu)要(yao)適(shi)用(yong)於(yu)工(gong)作(zuo)在(zai)混(hun)合(he)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)。比(bi)如(ru)對(dui)於(yu)電(dian)容(rong)耦(ou)合(he)的(de)混(hun)合(he)接(jie)地(di)策(ce)略(lve)中(zhong),在(zai)低(di)頻(pin)情(qing)況(kuang)時(shi),對(dui)於(yu)直(zhi)流(liu),電(dian)容(rong)是(shi)開(kai)路(lu)的(de),等(deng)效(xiao)為(wei)單(dan)點(dian)接(jie)地(di),而(er)在(zai)高(gao)頻(pin)下(xia)則(ze)利(li)用(yong)電(dian)容(rong)對(dui)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)的(de)低(di)阻(zu)抗(kang)特(te)性(xing),電(dian)容(rong)是(shi)導(dao)通(tong)的(de),整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)表(biao)現(xian)為(wei)多(duo)點(dian)接(jie)地(di)。
混合接地
頻率在1MHz~10MHz之間,采用混合接地。
當許多相互連接的設備體積很大(設備的物理尺寸和連接電纜與任何存在的幹擾信號的波長相比很大)時,就存在通過機殼和電纜的作用產生幹擾的可能性。當發生這種情況時,幹擾電流的路徑通常存在於係統的地回路中。
混合接地係統在不同的頻率呈現不同的接地結構。



混合接地舉例
圖a是(shi)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)在(zai)低(di)頻(pin)狀(zhuang)態(tai),係(xi)統(tong)串(chuan)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)。但(dan)這(zhe)個(ge)係(xi)統(tong)暴(bao)露(lu)在(zai)高(gao)頻(pin)強(qiang)電(dian)場(chang)中(zhong),因(yin)此(ci)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan)需(xu)要(yao)雙(shuang)端(duan)接(jie)地(di)。所(suo)以(yi),對(dui)於(yu)電(dian)纜(lan)中(zhong)傳(chuan)輸(shu)的(de)低(di)頻(pin)信(xin)號(hao),係(xi)統(tong)是(shi)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)的(de),而(er)對(dui)於(yu)電(dian)纜(lan)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)中(zhong)感(gan)應(ying)的(de)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao),係(xi)統(tong)是(shi)多(duo)點(dian)接(jie)地(di)的(de)。接(jie)地(di)電(dian)容(rong)的(de)容(rong)量(liang)一(yi)般(ban)在(zai)10nF以下,取決於需要接地的頻率。要注意電容的諧振問題,在諧振點電容的容抗最小。
圖b所suo示shi的de是shi一yi個ge係xi統tong受shou到dao地di環huan路lu電dian流liu的de幹gan擾rao。如ru果guo將jiang設she備bei的de安an全quan地di斷duan開kai,地di環huan路lu就jiu被bei切qie斷duan,可ke以yi解jie決jue地di環huan路lu電dian流liu幹gan擾rao。但dan是shi出chu於yu安an全quan的de考kao慮lv,機ji箱xiang必bi須xu接jie到dao安an全quan地di上shang。所suo以yi,對dui於yu頻pin率lv較jiao高gao的de地di環huan路lu電dian流liu,地di線xian是shi斷duan開kai的de,而er對dui於yu50Hz的交流電,機箱都是可靠接地的。
浮地
浮地就是不接大地,設備地線係統在電氣上與殼體構件的接大地係統相互絕緣,如圖8-9所suo示shi,是shi一yi種zhong懸xuan浮fu的de方fang式shi。其qi目mu的de是shi將jiang電dian路lu或huo設she備bei與yu公gong共gong地di或huo可ke能neng引yin起qi環huan流liu的de公gong共gong導dao線xian隔ge離li開kai來lai,從cong而er抑yi製zhi來lai自zi接jie地di線xian的de幹gan擾rao。其qi優you點dian是shi該gai電dian路lu不bu受shou大da地di電dian性xing能neng的de影ying響xiang;其qi缺que點dian是shi該gai電dian路lu易yi受shou寄ji生sheng電dian容rong的de影ying響xiang,而er使shi該gai電dian路lu的de地di電dian位wei變bian動dong和he增zeng加jia了le對dui模mo擬ni電dian路lu的de感gan應ying幹gan擾rao,因yin此ci浮fu地di的de效xiao果guo不bu僅jin取qu決jue於yu浮fu地di的de絕jue緣yuan電dian阻zu的de大da小xiao,而er且qie取qu決jue於yu浮fu地di的de寄ji生sheng電dian容rong的de大da小xiao和he信xin號hao的de頻pin率lv;由you於yu設she備bei不bu與yu大da地di直zhi接jie相xiang連lian,容rong易yi出chu現xian靜jing電dian積ji累lei現xian象xiang,這zhe樣yang積ji累lei起qi來lai的de電dian荷he達da到dao一yi定ding程cheng度du後hou,在zai設she備bei和he大da地di之zhi間jian會hui產chan生sheng具ju有you強qiang大da放fang電dian電dian流liu的de靜jing電dian擊ji穿chuan現xian象xiang,這zhe是shi一yi種zhong破po壞huai性xing很hen強qiang的de幹gan擾rao源yuan。為wei此ci,在zai采cai用yong浮fu地di方fang式shi時shi,應ying在zai設she備bei與yu大da地di之zhi間jian接jie一yi個ge電dian阻zu值zhi很hen大da的de泄xie放fang電dian阻zu,以yi消xiao除chu靜jing電dian積ji累lei的de影ying響xiang。
浮地方式
采用浮地的設備,單元容易受空間耦合幹擾,注意采用電磁屏蔽技術。
模擬電路接地
許多模擬電路工作在低頻狀態下,對於這些靈敏的電路,單點接地是最好的接地方式。接地的主要目的是防止來自其它噪聲元件( 如數字邏輯器件、電動機、電源、繼電器) 的大接地電流爭用敏感的模擬地線。模擬接地所要求的無噪聲度依賴於模擬輸入的靈敏度。例如,

對於低電平的模擬放大器,要求10 μ V 輸入信號的會比要求1 0 V 輸入信號的更易受幹擾。
數字電路接地
在(zai)高(gao)速(su)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)中(zhong)優(you)先(xian)使(shi)用(yong)多(duo)點(dian)接(jie)地(di)。它(ta)的(de)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)是(shi)建(jian)立(li)一(yi)個(ge)統(tong)一(yi)電(dian)位(wei)共(gong)模(mo)參(can)考(kao)係(xi)統(tong)。許(xu)多(duo)數(shu)字(zi)環(huan)路(lu)並(bing)不(bu)會(hui)要(yao)求(qiu)具(ju)有(you)濾(lv)波(bo)作(zuo)用(yong)的(de)接(jie)地(di)參(can)考(kao)源(yuan)。數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)具(ju)有(you)幾(ji)百(bai)毫(hao)伏(fu)的(de)噪(zao)聲(sheng)容(rong)限(xian),並(bing)且(qie)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)數(shu)十(shi)到(dao)數(shu)百(bai)毫(hao)伏(fu)的(de)接(jie)地(di)噪(zao)聲(sheng)梯(ti)度(du)。
對於隻有數字電路組成的印刷板的地線係統,將接地線做成閉合環路, 縮(suo)小(xiao)電(dian)位(wei)差(cha)值(zhi),可(ke)以(yi)明(ming)顯(xian)提(ti)高(gao)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。而(er)對(dui)於(yu)較(jiao)低(di)頻(pin)的(de)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)來(lai)說(shuo),考(kao)慮(lv)更(geng)多(duo)的(de)是(shi)避(bi)免(mian)回(hui)路(lu)電(dian)流(liu)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)相(xiang)幹(gan)擾(rao),所(suo)以(yi)不(bu)能(neng)接(jie)成(cheng)閉(bi)環(huan)。
電源線的布置要根據電流的大小盡量加粗走線寬度。在布線工作的最後,用地線將電路板沒有走線的地方鋪滿(大麵積) 。在接地時還需要避免共阻抗路徑,如圖8-10所示穩壓器電路的“調整端的取樣點”或“公共點”,千萬不能接在有負載電流流過的輸出線和公共地線上如圖(a)所示,應從管腳’根部’單獨另外用引線引出如圖(b)所示。
避免共阻抗路徑

數模混合電路的接地
接(jie)地(di)技(ji)術(shu)中(zhong)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)部(bu)分(fen)就(jiu)是(shi)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)與(yu)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)的(de)共(gong)地(di)處(chu)理(li)。一(yi)般(ban)說(shuo)來(lai),數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)頻(pin)率(lv)高(gao),而(er)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)的(de)對(dui)噪(zao)聲(sheng)的(de)敏(min)感(gan)度(du)強(qiang),正(zheng)因(yin)為(wei)如(ru)此(ci),高(gao)頻(pin)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)線(xian)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)遠(yuan)離(li)敏(min)感(gan)的(de)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)器(qi)件(jian),同(tong)樣(yang),彼(bi)此(ci)的(de)信(xin)號(hao)回(hui)路(lu)也(ye)要(yao)相(xiang)互(hu)隔(ge)離(li),這(zhe)就(jiu)牽(qian)涉(she)到(dao)模(mo)擬(ni)和(he)數(shu)字(zi)地(di)的(de)劃(hua)分(fen)問(wen)題(ti)。一(yi)般(ban)的(de)做(zuo)法(fa)是(shi),模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)分(fen)離(li),隻(zhi)在(zai)某(mou)一(yi)點(dian)連(lian)接(jie),這(zhe)一(yi)點(dian)通(tong)常(chang)是(shi)在(zai)PCB板總的地線接口處,或者在數模轉換器的下方,必要時可以使用磁性元件(如磁珠)連接,如圖所示。
數模混合電路接地
要注意的是,在數模混合電路設計中不能讓模擬地和數字地交疊,任何信號線都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙(如圖8-12所示)。

信號跨越地層間隙
另(ling)外(wai),也(ye)有(you)一(yi)種(zhong)統(tong)一(yi)地(di)的(de)處(chu)理(li)方(fang)法(fa),也(ye)就(jiu)是(shi)不(bu)進(jin)行(xing)地(di)分(fen)割(ge),但(dan)規(gui)定(ding)各(ge)自(zi)的(de)範(fan)圍(wei),保(bao)證(zheng)數(shu)字(zi)和(he)模(mo)擬(ni)走(zou)線(xian)及(ji)回(hui)流(liu)不(bu)會(hui)經(jing)過(guo)對(dui)方(fang)的(de)區(qu)域(yu)。這(zhe)種(zhong)策(ce)略(lve)一(yi)般(ban)實(shi)用(yong)於(yu)數(shu)模(mo)器(qi)件(jian)比(bi)例(li)相(xiang)當(dang),並(bing)存(cun)在(zai)多(duo)個(ge)數(shu)模(mo)轉(zhuan)換(huan)器(qi)件(jian)的(de)情(qing)況(kuang),有(you)利(li)於(yu)降(jiang)低(di)地(di)平(ping)麵(mian)的(de)阻(zu)抗(kang),參(can)考(kao)地(di)線(xian)設(she)計(ji)如(ru)圖(tu)8-13所示:
統一地的設計

在接地設計中還有個要點就是保證所有地平麵等電位,要求同類地之間需要多個過孔緊密相連,而不同地(如模擬和數字地)之間的連接線也要盡量短一些。

接地電阻越小越好,一般要求接地電阻小於4Ω;對於移動設備,接地電阻可小於10Ω。
接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻組成。為此降低接地電阻的方法有以下三種:
①降低接地線電阻,為此要選用總截麵大和長度短的多股細導線。
②降低接觸電阻,為此要將接地線與接地螺栓、接地極緊密又牢靠地連接並要增加接地極和土壤之間的接觸麵積與緊密度。
③降低地電阻,為此要增加接地極的表麵積和增加土壤的導電率(如在土壤中注入鹽水)。
垂直接地極接地電阻R為:
R=0.366(ρ/L)lg(4L/d)Ω
式中:ρ——土壤電阻率,Ω·m; L——接地極在地中的深度,m; d——接地極的直徑,m。
例如,黃土ρ取200Ω·m,L為2cm,d為0.05m,則垂直接地極接地電阻R為80.67Ω。如在土壤中注入鹽水,使ρ降為20Ω·m時,則接地極接地電阻R為8.067Ω。
地di線xian上shang較jiao常chang見jian的de幹gan擾rao就jiu是shi地di環huan路lu電dian流liu導dao致zhi的de地di環huan路lu幹gan擾rao。地di線xian上shang的de噪zao音yin主zhu要yao對dui數shu字zi電dian路lu的de地di電dian平ping造zao成cheng影ying響xiang,而er數shu字zi電dian路lu輸shu出chu低di電dian平ping時shi,對dui地di線xian的de噪zao聲sheng更geng為wei敏min感gan。地di線xian上shang的de幹gan擾rao不bu僅jin可ke能neng引yin起qi電dian路lu的de誤wu動dong作zuo,還hai會hui造zao成cheng傳chuan導dao和he輻fu射she發fa射she。因yin此ci,減jian小xiao這zhe些xie幹gan擾rao的de重zhong點dian就jiu在zai於yu盡jin可ke能neng地di減jian小xiao地di線xian的de阻zu抗kang(對於數字電路,減小地線電感尤為重要)。yinzhixiandedianganyuqichangduhechangdudeduishuchengzhengbi,yuqikuandudeduishuchengfanbi。yinci,suoduandaoxiandechangdunengyouxiaodijianxiaodiangan,erzengjiayinzhixiandekuanduduijianxiaodiangandezuoyongzehenyouxian。
地線的設計要注意以下幾點:
① 正確選擇單點接地與多點接地
②接地線應盡量加粗,地線寬度應是信號、控製線的1~3倍。如印製板條件允許,接地線應在2~3 mm以上,元件引腳上的接地線直徑應該在1. 5 mm左右。
③接地線構成閉環路 當隻有數字電路組成的PCB時,其接地電路布線成團環路,大多能提高抗噪聲能力。其原因在於: PCB 上有很多集成電路元件,尤其遇到能耗高的元件時,因受接地線粗細的限製,會產生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,若將接地結構成環路,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力。
④CMOS運放電路的輸入阻抗很高,且易受感應,在使用時對不用端要接地或接正電源。
⑤在多層板中,專門設置一層地線麵。
⑥根據不同的電源電壓,數字電路和模擬電路分別設置地線。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地麵積。低頻電路的地應盡量采用單點並聯接地,實際布線有困難時可部分串聯後再並聯接地。高頻電路宜采用多點串聯接地,地線應短而粗,高頻元件周圍盡量用柵格狀大麵積接地。
⑦對(dui)於(yu)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu),在(zai)雙(shuang)麵(mian)板(ban)中(zhong)設(she)置(zhi)地(di)線(xian)網(wang)格(ge),即(ji)在(zai)雙(shuang)麵(mian)板(ban)的(de)兩(liang)麵(mian)分(fen)別(bie)布(bu)置(zhi)盡(jin)量(liang)多(duo)的(de)平(ping)行(xing)地(di)線(xian),上(shang)下(xia)兩(liang)層(ceng)的(de)平(ping)行(xing)線(xian)互(hu)相(xiang)垂(chui)直(zhi)。然(ran)後(hou)在(zai)交(jiao)叉(cha)的(de)地(di)方(fang)用(yong)鍍(du)通(tong)孔(kong)連(lian)接(jie)。地(di)線(xian)網(wang)格(ge)能(neng)有(you)效(xiao)減(jian)小(xiao)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)的(de)環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji),有(you)利(li)於(yu)降(jiang)低(di)輻(fu)射(she)。
⑧模擬電路比較敏感,為了防止串擾,應采用單點接地。
⑨同時具有模擬和數字功能的電路板,模擬地和數字地的電源銅箔通常是分離的;兩種銅箔隻在電源處連接。但是這種分離方式就存在一個問題:xinhaoxianbixuchuanyuetongpibianjiexian。zhexiebianjiexianposhixinhaohuiliudaoqijianqianshouxiandaodadianyuan。jiejuedefangfashizaixinhaochuanyuededixiantongbochufangzhitiaoxian。zhexietiaoxianzaifenlidetongbozhongweixinhaohuilutigongqiaoliang,youzhuyusuoxiaodianliuhuanlu。
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