Leiterplattentechnisch - Erdungsdraht-Design, um häufige Impedanz-Interferenzen auf Leiterplatte zu verhindern

In elektronischer Form Leiterplatten, Allgemeine Impedanzstörungen haben einen großen Einfluss auf den normalen Betrieb der Schaltung. Im PCB-Schaltungsdesign, vor allem in der PCB-Design der Hochfrequenzschaltung, Der Einfluss der gemeinsamen Impedanz des Erdungskabels muss verhindert werden. Durch die Analyse der Form der gemeinsamen Impedanzstörung, Dieser Beitrag stellt den Effekt der Ein-Punkt-Erdung auf gängige Impedanzstörungen in elektronischen Schaltungen im Detail vor, besonders in Hochfrequenzschaltungen, und die Probleme, die bei der Verwendung von Ein-Punkt-Erdung beachtet werden sollten, um gemeinsame Impedanz zu verhindern. Zur gleichen Zeit, Es erläutert kurz die Hauptformen und Anforderungen des Verdrahtungslayouts in der Leiterplatte.

In einer elektronischen Schaltung, Die meisten Komponenten müssen eine Schleife durch den Erdungsdraht bilden. Ob das Drahtdesign vernünftig ist oder nicht direkt die Arbeit der Schaltung beeinflusst. Minimieren Sie die Störung der Signalübertragung aufgrund des unzumutbaren Designs des Erdungskabels. Die Spannung, Strom und Signalpegel jedes Punktes der Schaltung werden durch den Massekabel als Referenzspannung dargestellt. Beim Lesen des Schaltplans und Verstehen des Betriebszustands der Schaltung, Der Massedraht und jeder Massepunkt werden oft als Nullpotentialpunkt ohne Potentialdifferenz betrachtet. In der eigentlichen Schaltungsarbeit, due to the existence of the impedance (resistance, inductance) of the ground wire, ein gewisser Potenzialunterschied entsteht. Das Vorhandensein dieser Potentialunterschiede wird unweigerlich den Betrieb der Schaltung beeinflussen. In PCB-Design, Der Effekt der Erdimpedanz muss beachtet und beseitigt werden.

1. The form in which the ground wire interferes with the circuit
1.1 Full current common impedance interference
Circuit 1 and circuit 2 form a loop with the power supply through the common ground AB. Das Liniensegment AB kann einer Reihenschleife von Widerstand und Induktivität entsprechen, so entsteht ein gemeinsamer Impedanzeffekt. Während des Betriebs, Die Stromfluktuation von Schaltungen 1 und 2 verursacht die potenzielle Änderung von Punkt A, die Schaltkreise 1 und 2 einander stören lassen. Wenn Schaltung 2 Ausgang zu Schaltung 3 hat, Die Störung tritt auch in Schaltung 3 ein, dadurch entstehende Vollstrom-Gleichimpedanzstörung. Zum Beispiel, Es gibt einen bedruckten Draht mit einer Länge von 10cm und einer Breite von 1.5cm, die Dicke der Kupferfolie beträgt 50 Mikrons, und der Drahtwiderstand ist: wenn ρ=0.02, dann ist R etwa 0.026Ω. Wenn Schaltung 1 mit einer niedrigen Frequenz arbeitet, der Wechselstrom der Schaltung ist 1A, dann ein Wechselspannungsabfall von ca. 0.026V wird auf diesem gedruckten Draht erzeugt und wirkt auf Schaltung 2. Bei hohen Frequenzen, Die allgemeine Impedanzstörung des Erdungskabels basiert hauptsächlich auf der Induktivität des Drahtes. Wenn die Länge eines Drahtstücks viel größer als seine Breite ist, Die Selbstinduktivität des Drahtes kann als 0 berechnet werden.8 Mikrohenry/Meter. Der gleiche 10cm lange Draht, wenn die Betriebsfrequenz, die es durchläuft, 30MHz ist, Der induktive Reaktanz, der durch diesen Draht dargestellt wird, ist RL= 2π L†€16Ω. Es kann gesehen werden, dass wenn die Frequenz steigt, Die induktive Reaktanz des Drahtes ist mehrere Größenordnungen größer als der Widerstand des Drahtes selbst. Auch wenn ein kleiner Hochfrequenzstrom durch den Draht fließt, wie 10mA, eine Hochfrequenzspannung von 0.16V wird auf dem Draht erzeugt. Daher, für Hochfrequenzschaltungen, bei der Herstellung von Leiterplatten, Die gedruckten Drähte sollten so kurz wie möglich sein, um den Verlust und die Interferenz zu verringern, die durch die Drahtinduktivität zur Schaltung verursacht werden.

1.2 Local current common impedance interference
When the printed board adopts a ring ground wire, Jedes Erdungselement wird entsprechend dem nächsten Erdungselement geerdet. Auf diese Weise, Ein Teil des Wechselstromsignals der Endstufe bildet eine Schleife durch den Erdungskabel AD, und ein Wechselspannungsabfall wird auf dem Draht AD erzeugt. Da Transistor-Emitter und Basis der vorherigen Stufe den Draht BC mit der Endstufe teilen, Es gibt eine gemeinsame Impedanzstörung auf dem Draht BC. Diese Störung wird auf dem gemeinsamen Erdungskabel in Form von lokalen Strömen gekoppelt, Bildung lokaler Strom gemeinsamer Impedanzstörungen. Die Vollstrom-gemeinsame Impedanzstörung besteht hauptsächlich zwischen den Stufen. Die lokale Strom-Co-Impedanz-Störung bezieht sich auf die Störung zu anderen Schaltungen, die durch die schlechte Erdung einiger und einzelner Komponenten und Drähte verursacht wird.

2. Methods to prevent common impedance interference
All levels are internally grounded. Interne Erdung auf allen Ebenen ist die Hauptmethode, um lokale Strom-gemeinsame Impedanzstörungen zu verhindern. Das heißt, effektiv zu verhindern, dass das Wechselstromsignal dieser Stufe durch jedes Erdungselement in andere Schaltkreise als diese Stufe entweicht, oder das Wechselstromsignal anderer Schaltkreise, das durch jedes Erdungselement dieser Stufe aufgenommen wird. Ob für Niederfrequenzen, Zwischenfrequenz, oder Hochfrequenzschaltungen auf allen Ebenen, um die gemeinsame Impedanzstörung lokaler Ströme zu verhindern, Die effektive Methode ist die Verwendung einer Punkterdung. Auf diese Weise, Divergenz und Empfang des Wechselstromsignals durch das Erdungselement können effektiv verhindert werden, so dass die Erdung rein ist. In einem realen Stromkreis, Es gibt viele Erdungselemente auf jeder Ebene, und es ist unmöglich, diese Elemente gleichzeitig in ein Gewindeloch zu führen. Stattdessen, Die Erdungselemente dieser Ebene sind so nah wie möglich an einem Abschnitt oder einem Bereich des gemeinsamen Erdungsdrahts angeordnet.

3. One-point grounding should pay attention to the problem
3.1 Scope of this level grounding element
The scope of the grounding element of this stage refers to the element that is directly connected to the transistor of this stage, oder kapazitiv gekoppelt ist. Sekundär- und induktiv gekoppelte Bauteile gehören nicht zu dieser Stufe. Wie in Abbildung 5a und Abbildung 5b gezeigt.

3.2 Use grounding branch for one-point grounding
When there are not many components and the volume is not large, die Einpunkt-Erdung ist einfacher zu handhaben; wenn es viele Komponenten gibt und das Volumen groß ist, ein längerer Erdungsabschnitt kann verwendet werden. Es kann auch um die Druckplatte im Layout angeordnet werden, aber die Komponenten anderer Ebenen sollten nicht an diesen Erdzweig angeschlossen werden, und das andere Ende des Erdungsabschnitts sollte nicht mit anderen Erdungsdrähten verbunden werden.

3.3 One-point grounding also includes the off-board components of this level
In addition to the on-board components of this stage, Ein-Punkt-Erdung umfasst auch Off-Board-Komponenten, die direkt oder kapazitiv mit dieser Stufe gekoppelt sind. Dies wird oft vernachlässigt in PCB-Design, und verursacht häufige Impedanzstörungen lokaler Ströme.

3.4 One point grounding of high frequency circuit
The ground wire of high-frequency circuits generally uses a large area to cover the ground, Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Erdung der internen Komponenten auf allen Ebenen gestreut werden kann.

4. On-board layout
The inner wire of the printed board is used to connect the ground between all levels or parts of the circuit. Das Layout der Bordverdrahtung sollte hauptsächlich die Störung der gemeinsamen Vollstromimpedanz zwischen allen Ebenen und Teilen verhindern.

4.1 Requirements for in-plane wiring layout
When the number of circuits in the board is large, Die Anordnung des Massedrahts muss folgendes tun: Die Massedrähte jedes Teils müssen getrennt werden. Um das gemeinsame Bodensegment jedes Teils zu eliminieren oder zu minimieren, Der Ableitungspunkt des gesamten Erdungskabels muss angemessen sein. Um die gemeinsame Impedanzstörung jedes Teils durch den gemeinsamen Leitungsdraht des allgemeinen Massedrahts zu verhindern, Die Masseleitungen einiger Teile der Schaltung können bei Bedarf separat herausgeführt werden.

4.2 The form of in-plane wiring layout
The general ground inside the board is in the lower right corner of the printed board. Für den allgemeinen Bodenausgang in der Platine, Es sollte einheitlich entsprechend dem Layout der Bordverdrahtung betrachtet werden. Die allgemeine Masse sollte so nah wie möglich an den Erdungsdrähten jedes Teils ausgewählt werden, und der allgemeine Boden sollte zur Erde zwischen den Netzteilen geführt werden. Die Linien sind kürzer. In digitalen Schaltungen, da eine große Anzahl von Flip-Flops und Gate-Schaltungen sehr empfindlich auf Störsignale reagieren, wenn sich jede Schaltung im Schaltzustand befindet, bestimmte Impulsstörungen werden erzeugt, was dazu führt, dass Flip-Flops und Gate-Schaltungen falsch ausgelöst werden. Dies wirkt sich direkt auf die Stabilität des Schaltungsbetriebs aus, die entsprechend der Bühne gestaltet werden können, je nach Betriebszustand oder nach integriertem Block. Busschienentyp: Die Busschiene ist eine streifenförmige symmetrische Übertragungsleitung. Aufgrund der Zunahme seiner Dicke und Breite, der Gleichstromwiderstand sinkt, und der Hauptgrund ist, dass diese symmetrische Übertragungsmethode bessere niederohmige Eigenschaften als einzeilige Übertragung hat, und überwindet gleichzeitig den Einfluss der induktiven Komponente der einzeiligen Übertragung auf die Schaltung. Großflächige Erdung: In digitalen Schaltungen mit hoher Betriebsfrequenz und Hochgeschwindigkeitsschaltung, Der Erdungskabel kann nicht in Streifen verteilt werden, und eine großflächige Erdungsmethode sollte verwendet werden.
Die großflächige Abdeckung des Erdungskabels ist, dass, wenn es viele Drähte in der Platine gibt, um zu verhindern, dass die Erdung durch den Draht abgeschnitten wird und den Erdungseffekt beeinträchtigt, wird eine doppelseitig bedruckte Platte verwendet, eines davon wird zur Erdung verwendet. Die großflächige Erdung wird verwendet, um die allgemeine Impedanzstörung zu verhindern, die durch die lokale Stromkupplung jedes Erdungselements verursacht wird. Daher, Das Layout der Komponenten auf allen Ebenen sollte möglichst auf die Transistoren und integrierten Blöcke dieser Ebene zentriert sein., die Komponenten sollten nach Niveau konzentriert werden, und ein Erdungsbereich sollte in der Mitte der Komponenten auf dieser Ebene eingerichtet werden. Inline-Erdungskabel. Wenn die Anzahl der Stufen im Board klein ist, Der Inline-Erdungskabel kann verwendet werden. Die Schaltungen auf allen Ebenen können nacheinander angeordnet werden, und die Erdungselemente jeder Schaltung sollten nahe am Boden sein. Der Auswurfpunkt des Brettes und des Bodens sollte in der Nähe der Endphase platziert werden.

5. Conclusion
In a word, im PCB-Schaltungsdesign, besonders in Hochfrequenzschaltungen, Wir müssen auf den Einfluss der allgemeinen Impedanzstörung achten. Nur durch ein gutes Erdungsdrahtdesign und eine vernünftige Layoutstruktur kann die elektronische Schaltung stabil arbeiten. Das Obige hat eine systematische Zusammenfassung einiger Methoden und Gegenmaßnahmen gemacht, um häufige Impedanzstörungen im PCB-Schaltungsdesign zu verhindern, für die Referenz von Leiterplatten Designer.