Leiterplattentechnisch - High-Speed PCB Design Erdung Klassifizierung und Auswahl Prinzipien

Mit der Entwicklung der elektronischen Technologie werden die Produktfunktionen elektronischer Produkte immer leistungsfähiger. PCB-Design spielt eine zentrale Rolle beim Design elektronischer Produkte, da die Qualität des PCB-Designs direkt die Realisierung von Produktfunktionen beeinflusst.

Bei der Gestaltung elektronischer Produkte, es ist nicht schwierig, eine Leiterplattenschaltung seine Funktion zu verwirklichen. The difficulty is that it is not affected by various influences (such as temperature and humidity changes, Luftdruckveränderungen, mechanische Stöße, Korrosionseffekte, etc.). Um eine kontinuierliche Aufrechterhaltung der normalen und stabilen Arbeit zu erreichen, Wir werden verschiedene Konstruktionsmethoden oder Fertigungsverfahrensmaßnahmen anwenden, um diese Effekte zu beseitigen oder zu reduzieren. Jeder weiß, dass ErdungsDesign die Grundlage des Systemdesigns ist, Eine gute Erdung ist Voraussetzung für den sicheren und stabilen Betrieb der Anlage. Der Herausgeber sprach heute mit allen über die Erdungsmethode in Hochgeschwindigkeits-PCB design.

PCB Erdung Design:

Im Großen und Ganzen umfasst Erdung zwei Bedeutungen, nämlich Erdung und virtuelle Erdung. Erdverbindung bezieht sich auf die Verbindung mit der Erde; Verbindung zur virtuellen Masse bezieht sich auf die Verbindung mit dem potenziellen Bezugspunkt. Wenn der Bezugspunkt elektrisch von der Erde isoliert ist, wird er als schwimmende Verbindung bezeichnet. Es gibt zwei Zwecke der Erdung: Zum einen soll der stabile und zuverlässige Betrieb des Steuerungssystems sichergestellt und Störungen durch Erdungsschleifen verhindert werden, die oft als Arbeitserdung bezeichnet werden. Die andere besteht darin, zu verhindern, dass der Bediener dem Risiko eines Stromschlags aufgrund der Isolationsschäden oder des Fallens der Ausrüstung ausgesetzt wird und zu gewährleisten, dass die Sicherheit der Ausrüstung als Schutzerdung bezeichnet wird.

Grundsatz der Grounding Selection:

Für ein bestimmtes Gerät oder System, at the highest frequency (corresponding wavelength) of interest, when the length of the transmission line L>in, es gilt als Hochfrequenzschaltung, sonst, es gilt als Niederfrequenzschaltung.

(1) Niederfrequenzschaltung (<1MHZ), Ein-Punkt-Erdung wird empfohlen;

(2) Hochfrequenzschaltung (*10MHZ), wird empfohlen, Mehrpunkt-Erdung zu verwenden;

(3) Hoch- und Niederfrequenz-Hybridschaltung, gemischte Erdung, der anwendbare Arbeitsfrequenzbereich ist im Allgemeinen 500kHz-30M

PCB-Erdungsverfahren:

1. Einpunkt-Erdung: Die Massedrähte aller Schaltungen sind mit dem gleichen Punkt auf der Erdungsebene verbunden, die in Reihen-Einpunkt-Erdung und parallele Einpunkt-Erdung unterteilt ist.

Ein-Punkt-Erdung bedeutet, dass im gesamten System nur ein physikalischer Punkt als Erdungsbezugspunkt definiert ist und alle anderen Punkte, die geerdet werden müssen, mit diesem Punkt verbunden sind.

Die Einpunkt-Erdung eignet sich für Schaltungen mit niedrigerer Frequenz (unter 1MHZ). Wenn die Betriebsfrequenz des Systems so hoch ist, dass die Betriebswellenlänge mit der Länge der Systemerdungsleitung vergleichbar ist, ist eine Einpunkt-Erdung ein Problem. Wenn die Länge des Erdungskabels nahe an 1/4 Wellenlänge ist, ist es wie eine kurzgeschlossene Übertragungsleitung. Der Strom und die Spannung des Erdungskabels werden in einer stehenden Welle verteilt, und der Erdungskabel wird zu einer strahlenden Antenne und kann nicht als "Masse" funktionieren.

Um die Erdungsimpedanz zu reduzieren und Strahlung zu vermeiden, sollte die Länge des Erdungskabels kleiner als 1/20 Wellenlänge sein. Bei der Behandlung von Stromkreisen kann im Allgemeinen eine Einpunkt-Erdung in Betracht gezogen werden. Für Leiterplatten mit einer großen Anzahl von digitalen Schaltungen wird es aufgrund seiner reichen Oberschwingungen generell nicht empfohlen, eine Einzelpunkt-Erdungsmethode zu verwenden.

Mehrpunkterdung

2. Mehrpunkt-Erdung: Die Erdungsdrähte aller Schaltungen werden in der Nähe geerdet, und die Erdungsdrähte sind kurz und für die Hochfrequenz-Erdung geeignet.

Mehrpunkt-Erdung bedeutet, dass jeder Erdungspunkt in der Ausrüstung direkt mit der Erdungsebene verbunden ist, die ihm am nächsten ist, so dass die Länge der Erdungsleitung die kürzeste ist.

Der Mehrpunkt-Erdungskreislauf hat eine einfache Struktur, und das hochfrequente stehende Wellenphänomen, das auf der Erdungsleitung auftreten kann, wird erheblich reduziert. Es eignet sich für Gelegenheiten mit höheren Betriebsfrequenzen (*10MHZ). Die Mehrpunkt-Erdung kann jedoch dazu führen, dass sich im Inneren des Geräts viele Masseschleifen bilden, wodurch der Widerstand des Geräts gegen externe elektromagnetische Felder verringert wird. Bei Mehrpunkt-Erdung beachten Sie

Absichtliche Schleifenprobleme, insbesondere bei der Vernetzung zwischen verschiedenen Modulen und Geräten. Elektromagnetische Störungen durch Masseschleife:

Idealerweise sollte der Boden eine physische Einheit mit Nullpotential und Nullimpedanz sein. Der eigentliche Erdungsdraht selbst hat jedoch sowohl eine Widerstandskomponente als auch eine Reaktanzkomponente. Wenn ein Strom durch das Erdungskabel fließt, tritt ein Spannungsabfall auf. Das Erdungskabel bildet eine Schleife mit anderen Anschlüssen (Signal, Netzkabel usw.). Wenn das zeitverändernde elektromagnetische Feld mit der Schleife gekoppelt ist, befindet es sich in der Erdschleife.

Dabei wird induzierte elektromotorische Kraft erzeugt und durch die Erdschleife mit der Last gekoppelt, was eine potenzielle EMI-Bedrohung darstellt.

3. Gemischte Erdung: Mischen Sie Einpunkt-Erdung und Mehrpunkt-Erdung.

Im Allgemeinen verwenden alle Module zwei Erdungsmethoden in umfassender Weise und verwenden eine gemischte Erdungsmethode, um die Verbindung zwischen dem Schaltungsdraht und der Erdungsebene abzuschließen.

Wenn Sie sich nicht dafür entscheiden, die gesamte Ebene als gemeinsamen Massedraht zu verwenden, zum Beispiel wenn das Modul selbst zwei Massedrähte hat, müssen Sie die Masseebene teilen, die oft mit der Leistungsebene interagiert. Beachten Sie folgende Grundsätze:

(1) Richten Sie die Ebenen aus, um die Überlappung zwischen der nicht verbundenen Leistungsebene und der Bodenebene zu vermeiden, sonst wird es dazu führen, dass alle Bodenebenen versagen und sich gegenseitig stören;

(2) In the case of high frequency, Es wird eine Kopplung zwischen den Schichten durch die parasitäre Kapazität der Leiterplatte;

(3) Die Signalleitung zwischen der Masseebene (wie der digitalen Masseebene und der analogen Masseebene) ist durch eine Erdbrücke verbunden, und der nächste Rückweg wird durch das nächste Durchgangsloch konfiguriert.

(4) Vermeiden Sie Hochfrequenzspuren wie Taktleitungen in der Nähe der isolierten Bodenebene, die unnötige Strahlung verursachen können.

(5) Die Fläche der Schleife, die durch die Signalleitung und ihre Schleife gebildet wird, ist so klein wie möglich, was auch als Mindestschleifenregel bezeichnet wird; Je kleiner die Schleifenfläche, desto geringer die externe Strahlung und desto weniger Störungen von der Außenwelt. Berücksichtigen Sie beim Aufteilen der Erdungsebene und der Signalführung die Verteilung der Erdungsebene und wichtige Signalspuren, um Probleme zu vermeiden, die durch Schlitzen in der Erdungsebene verursacht werden.

4. Schwimmgrund:

"Floating Ground" bezieht sich auf ein Erdungsverfahren, bei dem das Geräteerdungssystem elektrisch von der Erde isoliert ist.

Aufgrund einiger Schwächen des schwimmenden Bodens selbst ist es nicht für allgemeine Großsysteme geeignet, und seine Erdungsmethode wird selten verwendet