PCB-Neuigkeiten - Entwurfsmethoden und -techniken für Einzelpunkt-Erdung im PCB-Design

Entwurfsmethoden und -techniken für Einzelpunkt-Erdung in PCB-Design

PCB-Leiterplatte ist sehr wichtig für das Design der Signalerdung. Wenn das Erdungsdesign falsch ist, die Leiterplatte erzeugt Erdungsgeräusche und elektromagnetische Strahlung während des Gebrauchs, die einen wesentlichen Einfluss auf die elektrische Gesamtleistung des Produkts haben wird.

Daher lud der Editor Benqiang-Schaltungstechnologie ein, um Sie in die Designideen der Leiterplatten-Erdung von Einzelpunkt-Erdung, Mehrpunkt-Erdung, gemischte Erdung, analoge Schaltungserdung, digitale Schaltungserdung und viele andere Aspekte einzuführen.Entwurfsmethoden und -techniken. Es kann gesagt werden, voll von Aufrichtigkeit und viel Trockengut zu sein.

Aufgrund von Platzbeschränkungen werden wir heute zuerst über die Designmethode der Einpunkt-Erdung in der Leiterplatte sprechen.

Ein-Punkt-Erdungsanschluss bedeutet, dass die Erdungskreisung während des Designprozesses von Leiterplattenprodukten mit einem einzigen Bezugspunkt verbunden ist. Der Zweck dieser strengen Erdungseinstellung ist es, zu verhindern, dass der Strom von zwei verschiedenen Subsystemen (mit unterschiedlichen Referenzpegeln) denselben Rückweg wie der HF-Strom durchläuft, was zu einer gemeinsamen Impedanzkopplung führt.

Wenn Komponenten, Schaltungen, Verbindungen, etc. arbeiten alle im Frequenzbereich von 1MHz oder niedriger, Der Einsatz von Einpunkt-Erdungstechnologie ist die beste, Das bedeutet, dass der Einfluss der verteilten Übertragungsimedanz minimal ist. Bei höheren Frequenzen, die Induktivität des Rücklaufweges wird nicht vernachlässigbar. Wenn die Frequenz höher ist, die Impedanz der Leistungsebene und der Verbindungsbahnen ist bedeutsamer.Wenn die Linienlänge ein ungerades Vielfaches des Signals ist 1/4 wavelength (Die Wellenlänge wird durch die steigende Randrate des periodischen Signals bestimmt), diese Impedanzen können sehr groß werden.Es gibt eine endliche Impedanz im Stromrücklauf, ein Spannungsabfall wird erzeugt, und ein unerwünschter Hochfrequenzstrom erzeugt wird. Dies ist besonders hervorzuheben bei PCB Hochfrequenz-Leiterplatten.

Aufgrund des signifikanten Einflusses der Impedanz bei HF arbeiten diese Leiterbahnen und Masseleiter wie Schleifenantennen, und die Menge der abgestrahlten Energie hängt von der Größe der Schleife ab. Eine lockige Schleife, unabhängig von ihrer Form,ist immer noch eine Antenne. Aus diesem Grund wird die Einpunkt-Erdungstechnik meist nicht mehr verwendet, wenn die Frequenz höher als 1MHz ist. In Abbildung 1 unten werden zwei Methoden der Einpunkt-Erdungstechnik gezeigt: Reihenerdung und Parallelerdung. Die Reihenerdung ist eine Kaskadenkettenstruktur, die eine gemeinsame Impedanzkopplung zwischen den Erdungsreferenzen jedes Teilsystems ermöglicht. Dies ist unzumutbar, wenn die Frequenz höher als 1MHz ist.Diese Zahl zeichnet nur die Induktivität im Erdungskreislauf, und verteilte Kapazität existiert auch in diesen drei Erdungskreisläufen.Wenn Induktivität und Kapazität gleichzeitig existieren, tritt Resonanz auf. Für diese Struktur kann es drei verschiedene Resonanzen geben.

Ein-Punkt-Erdungsverfahren in PCB-Design

Bei Reihenerdung ist der Gesamtstrom durch den Endrücklauf L 1 I 1+I2+I3 Die Spannung von I1 (VA) und I 3 (V c) ist nicht Null, sondern VA, definiert durch die folgende Formel =(I 1+I2+I3)Ï­L 1

Vc=(I 1+I2+I3)Ï­L 1+(I 2+I3)Ï­L 3

Für diese weit verbreitete Struktur erzeugt ein großer Strom einen Spannungsabfall über die endliche Impedanz. Der Spannungsbezug zwischen der Schaltung und der Referenzstruktur kann ausreichen, um zu verhindern, dass das System wie erwartet funktioniert.

In der Entwurfsphase der Leiterplatte muss der Designer auf die versteckten Probleme in der Serienerdungstechnologie unter Verwendung der Einpunkt-Erdung achten. Wenn es mehrere Stromkreise mit unterschiedlichen Leistungsniveaus gibt, kann diese Erdungstechnik nicht verwendet werden, da Stromkreise mit hoher Leistung große Masseströme erzeugen, die Geräte und Schaltungen mit geringer Leistung beeinflussen. Wenn diese Erdungsmethode angewendet werden muss, muss die empfindlichste Schaltung direkt am Stromeingangsort und so weit wie möglich von Geräten und Schaltungen mit geringem Stromverbrauch eingestellt werden.

Eine bessere Einpunkt-Erdungsmethode ist die parallele Erdung. Es gibt jedoch einen Nachteil bei der Verwendung dieses Verfahrens, das heißt, da jeder Stromrücklauf eine andere Impedanz haben kann, wird die Erdrauschspannung verschlimmert. Wenn mehrere Leiterplatten in Kombination verwendet werden oder mehrere Unterbaugruppen in einem Endprodukt verwendet werden, kann eine bestimmte Schaltung sehr lang sein, insbesondere wenn diese Leitungen in der Verbindung verwendet werden. Diese Massedrähte können auch eine große Impedanz haben, die den gewünschten Effekt der niederohmigen Masseverbindung beschädigen wird.

Wenn mehrere Leiterplatten parallel auf diese Weise verbunden werden, wurde angenommen, dass eine strenge Erdung das Problem lösen würde, aber es stellt sich heraus, dass das Produkt den Strahlungstest nicht bestehen kann. Wie beim Serienanschluss gibt es verteilte Kapazitäten von jeder Schaltung zur Masse. Bei Verwendung dieses Layouts sollte der Konstrukteur den Induktivitätswert jedes Rückfahrweges zum Boden ungefähr gleich machen, obwohl er in der Praxis schwer zu erreichen ist. Auf diese Weise sollte die Resonanz zwischen jeder Schaltung und der Masse ungefähr gleich sein, so dass es keine Mehrfachresonanzen gibt, die den Betrieb der Schaltung beeinflussen. Ein weiteres Problem bei der Verwendung der Einpunkt-Erdungstechnik ist die Strahlungskopplung. Dieses Phänomen kann zwischen den Drähten, zwischen den Drähten und der Leiterplatte oder zwischen den Drähten und dem Gehäuse auftreten. Neben der HF-Strahlungskopplung kann es je nach physikalischem Abstand zwischen den Stromrücklaufbahnen auch zu Übersprechen kommen. Diese Kopplung kann in Form von Kapazität oder Induktivität auftreten. Der Grad des Übersprechens hängt vom Frequenzbereich des Rücklaufsignals ab, und die Strahlung hochfrequenter Komponenten ist schwerer als die von niederfrequenten Komponenten.

Ein-Punkt-Erdungstechnologie ist häufig in Audioschaltungen zu finden, analoge Geräte, industrielle Frequenz- und Gleichstromversorgungssysteme, und kunststoffgekapselte Produkte. Obwohl die Einpunkt-Erdungstechnik meist bei niedrigen Frequenzen eingesetzt wird, manchmal wird es auch in PCB verwendet Hochfrequenz-Leiterplatten oder Systeme. Diese Anwendung ist möglich, wenn Konstrukteure alle induktivitätsbedingten Probleme in verschiedenen Erdungsstrukturen kennen.