PCB中防止共阻抗干扰@@的地线设计@@@@@@

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1.电子电路中@@,多数元器件都要通过地线形成回路@@@@,尽可能降低由于地线设计@@@@不合理产生对信号传输的干扰@@。

2.在@@阅读电路图和@@理解电路工作状态时@@@@,常把地线和@@各个接地点之间视作无电位差的零电位点@@。而在@@实际电路中@@,由于地线的阻抗@@(电阻@@,电感@@)的存在@@@@,会产生一定的电位差@@。这些电位差的存在@@@@@@,必然对电路的工作带来影响@@。在@@PCB设计@@中必须注意和@@消除地线阻抗的影响@@。

地线对电路产生干扰的形式@@

1.1 全电流共阻抗干扰@@@@

在@@频率升高时@@@@,导线的感抗将比导线本身的电阻@@要大几个数量级@@。即使导线中流过很小的高频电流@@,如为@@10MA,但是在@@导线@@上将产生@@0.16V的高频电压@@。因而对于高频电路@@,在@@制作@@PCB时@@,印制导线要尽可能的短@@,以减少导线感抗对电路带来的损耗与干扰@@。

1.2 局部电流共阻抗干扰@@@@

当印制板采用环形地线@@,各接地原件按就近分散接地@@。这样末级的交流信号一部分通过地线@@AD形成回路@@,在@@导线@@AD上产生交流压降@@。由于前级的晶体管发射级和@@基级与末级公用导线@@BC,在@@导线@@BC上产生共阻抗干扰@@@@。这种干扰是以局部电流的形式在@@公共地线上产生耦合@@,形成局部电流共阻抗干扰@@@@@@。

全电流公祖康干扰主要存在@@级与级之间@@。局部电流共阻抗干扰@@@@则是指部分和@@个别原件与导线的接地点不良而对其他电路引起的干扰@@。

1.3 地线干扰对策@@

1.3.1 地环路干扰的解决方案@@

地环路对策从地环路干扰的机理可知@@,只要减小地环路中的电流就能减小地环路干扰@@。如果能彻底消除地环路中的电流@@,则可以彻底解决地环路干扰的问题@@,因此@@提出以下几种解决地环路干扰的方案@@

a.将一端的设备@@浮地如果将一端电路浮地@@,就切断了地环路@@,因此@@可以消除地短路电流@@。但是有两个问题需要注意@@,一个是出于安全的考虑@@,往往不允许电路浮地@@。这时@@可以考虑将设备@@通过一个电感@@接地@@。这样对于@@50HZ的交流电流设备@@接地阻抗很小@@,而对于频率较高的干扰信号@@,设备@@接地阻抗较大@@,减小了地环路电流@@。但这样做只能减小高频干扰的地环路干扰@@。另一个问题是@@,尽管设备@@浮地@@,但是设备@@与地之间还是有寄生电容@@@@,这个电容@@在@@频率较高时@@会提供较低的阻抗@@,因此@@并不能有效地降低高频地环路电流@@。

b.使用变压器实现设备@@之间的连接利用磁路将两个设备@@连接起来@@,可以切断地环路电流@@。但要注意@@,变压器初次级之间的寄生电容@@仍然能够为频率较高的地环路电流提供通路@@,因此@@变压器隔离的方法对高频地环路电流的抑制效果较差@@。提高变压器高频隔离效果的一个办法是在@@变压器的初次级之间设置屏蔽层@@。但是一定要注意隔离变压器屏蔽层的接地端必须在@@接收电路一侧@@。否则@@,不仅不能改善高频隔离效果@@,还可能使高频耦合更加严重@@。因此@@,变压器要安装在@@信号接收设备@@的一侧@@。经过良好屏蔽的变压器可以在@@@@1MHZ以下的频率提供有效的隔离@@。

c.使用光隔离器另一个切断地环路的方法是用光实现信号的传输@@。这可以说是解决地环路干扰问题的最理想方法@@。用光连接有两种方法@@,一种是光耦器件@@,另一种是用光纤连接@@。光耦的寄生电容@@一般为@@2pf,能够在@@很高的频率提供良好的隔离@@。光纤几乎没有寄生电容@@@@,但安装维护成本等方面都不如光耦器件@@。

d.使用共模扼流圈在@@连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地环路的阻抗@@,这样在@@一定的地线电压作用下@@,地环路电流会减小@@。但是要注意共模扼流圈的寄生电容@@@@,否则@@对高频干扰的隔离效果很差@@。共模扼流圈的匝数越多@@,则寄生电容@@越大@@,高频隔离的效果越差@@。

3.2 消除公共阻抗耦合@@

a.减小公共地线部分的阻抗@@,这样公共地线上的电压也随之减小@@,从而控制公共阻抗耦合@@

b.通过适当的接地方式避免容易相互干扰的电路公用地线@@,一般要避免强电电路和@@弱点电路共用地线@@,数字和@@模拟电路公用地线@@。

减小地线阻抗的核心问题是减小地线的电感@@@@,这包括使用扁平导体做地线@@,用多条相距较远的并联道题作接地线@@。对于印刷线路板@@,在@@双层板上布地线网@@格能够有效地减小地线阻抗@@,在@@多层板中专门用一层做地线虽然具有很小的阻抗@@,但这会增加线路板的成本@@。通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是并联单点接地@@。并联单点接地的缺点是接地的导线过多@@。因此@@在@@实际中@@,没有必要所有电路都并联单点接地@@,对于相互干扰较少的电路@@,可以采用串联单点接地@@。例如@@,可以将电路按照强信号@@,弱信号@@,模拟信号@@,数字信号等分类@@,然后在@@同类电路内部用串联单点接地@@,不同类型的电路采用并联单点接地@@。

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