Leiterplattentechnisch - Ein- und Mehrpunkt-Erdung im PCB-Design

Ein-Punkt-Erdung bedeutet, dass nur ein physikalischer Punkt im gesamten Schaltungssystem als Bodenbezugspunkt definiert ist und alle anderen Punkte, die geerdet werden müssen, direkt mit diesem Punkt verbunden sind. In Niederfrequenzschaltungen wird es nicht zu viel Einfluss zwischen Verdrahtung und Komponenten geben. Normalerweise sollte die Schaltung mit Frequenz kleiner als 1MHz an einem Punkt geerdet werden.

GND bezieht sich auf die Abkürzung für die Masseverbindung des Drahtes. Stellt den Erdungskabel oder den 0-Draht dar.

Die GND (Masse) auf dem Schaltplan und der Leiterplatte stellt den Erdungskabel oder den 0-Draht dar. GND bedeutet das gemeinsame Terminal, oder Erde, aber diese Erde ist kein wirklicher Boden. Es ist eine Masse, die für die Anwendung angenommen wird,für die Stromversorgung ist es der Minuspol einer Stromversorgung. Es ist anders als die Erde. Manchmal muss es mit der Erde verbunden sein, manchmal ist es nicht notwendig, abhängig von der spezifischen Situation.

Die Signalmasse der Vorrichtung kann ein Punkt oder ein Stück Metall in der Vorrichtung als Signalmassebezugspunkt sein, der ein gemeinsames Bezugspotential für alle Signale in der Vorrichtung bereitstellt.

Ein-Punkt-Erdung kann die Signalqualität und die Störfestigkeit des Systems erheblich verbessern. Ihre Rolle spiegelt sich vor allem in folgenden Aspekten wider:

Rauschunterdrückung: Durch Trennen verschiedener Signalgründe kann die Wirkung von Hochfrequenzstörungen auf niederfrequente Signale reduziert werden.

Verbessert die Signalübertragung: In Hochgeschwindigkeitsschaltungen sorgt die Einpunkt-Erdung dafür, dass der Signalrücklauf frei ist, wodurch Signalverzögerungen und Verzerrungen reduziert werden.

Erleichtert Layoutoptimierung: Das Single-Point-Erdungsdesign bietet Flexibilität beim PCB-Layout, insbesondere in komplexen Schaltungen, ermöglicht eine bessere Kontrolle des Erdungspfads und vereinfacht das Layout-Design.

Mehrpunkt-Erdung bedeutet, dass jeder Erdungspunkt in der elektronischen Vorrichtung direkt mit der Erdungsebene verbunden ist, die ihr am nächsten ist (dh, die Metallbodenplatte des Geräts). In Hochfrequenzschaltungen ist der Einfluss von parasitärer Kapazität und Induktivität größer. Im Allgemeinen verwenden Schaltungen mit Frequenzen über 10MHz oft Mehrpunkt-Erdung.

Kennen Sie Einpunkt-Erdung, Mehrpunkt-Erdung, schwimmende Erde und gemischte Erdung im PCB-Layout und Design

Schwimmend, das heißt, die Masse der Schaltung ist ohne einen Leiter mit der Erde verbunden. Virtueller Boden: Ein Punkt, der nicht geerdet ist, aber das gleiche Potenzial hat wie der Boden.

Der Vorteil ist, dass der Stromkreis nicht von den elektrischen Eigenschaften der Erde beeinflusst wird. Schwimmende Erde kann den Isolationswiderstand zwischen Leistungserde (starke Stromerde) und Signalerde (schwache Stromerde) sehr groß machen, so dass es elektromagnetische Störungen verhindern kann, die durch gemeinsame Erdimpedanzschaltkopplung verursacht werden.

Der Nachteil besteht darin, dass die Schaltung anfällig für den Einfluss parasitärer Kapazität ist, was dazu führt, dass sich das Massepotential der Schaltung ändert und die induktive Interferenz zur analogen Schaltung erhöht.

"Erde" ist ein sehr wichtiges Konzept in der Elektroniktechnik. Da es viele Klassifizierungen und Funktionen von "Land" gibt, ist es leicht zu verwechseln, also fassen wir das Konzept von "Land" zusammen.

"Erdung" umfasst die Signalerdung innerhalb des Geräts und die Geräteerdung. Die Konzepte der beiden sind unterschiedlich und ihre Zwecke sind auch unterschiedlich. Die klassische Definition von "Masse" ist "der equipotentiale Punkt oder die Ebene, die als Referenz für eine Schaltung oder ein System verwendet wird".

Eins: Das Signal "Masse" wird auch die Referenz "Masse" genannt, die der Bezugspunkt des Nullpotentials und das gemeinsame Ende der Schaltungssignalschleife ist.

(1) Gleichstrom-Masse: Gleichstrom-Schaltung "Masse", Nullpotential-Bezugspunkt.

(2) Wechselstrom-Masse: die neutrale Linie der Wechselstrom-Leistung. Es sollte vom Erdungsdraht unterschieden werden.

(3) Leistungsmasse: Nullpotentialbezugspunkt für Hochstromnetzgeräte und Leistungsverstärkergeräte.

(4) Analoge Masse: Nullpotential-Bezugspunkt von Verstärker, Sample-and-Hold, A/D-Wandler und Komparator.

(5) Digitale Masse: auch logische Masse genannt, die der Nullpotentialbezugspunkt von digitalen Schaltungen ist.

(6) "Heiße Erde": Das Schaltnetzteil muss keinen Leistungsfrequenztransformator verwenden, und die "Masse" seines Schaltkreises ist mit dem Netzstromnetz, der sogenannten "heißen Erde", verbunden, die live ist.

(7) "Kalter Boden": Weil der Hochfrequenztransformator des Schaltnetzteils die Ein- und Ausgangsenden isoliert; und weil seine Rückkopplungsschaltung oft Photokoppler verwendet, kann sie nicht nur das Rückkopplungssignal übertragen, sondern auch die "Masse" beider Seiten isolieren; Die Masse wird "kalter Boden" genannt und ist nicht geladen.

Signalmasse

Die Signalmasse der Vorrichtung kann ein Punkt oder ein Stück Metall in der Vorrichtung als Signalmassebezugspunkt sein, der ein gemeinsames Bezugspotential für alle Signale in der Vorrichtung bereitstellt.

Es gibt Einpunkt-Erdung, Mehrpunkt-Erdung, schwimmende Erde und gemischte Erdung. Ein-Punkt-Erdung bedeutet, dass nur ein physikalischer Punkt im gesamten Schaltungssystem als Bodenbezugspunkt definiert ist, und alle anderen Punkte, die geerdet werden müssen, direkt mit diesem Punkt verbunden sind. In Niederfrequenzschaltungen wird es nicht zu viel Einfluss zwischen Verdrahtung und Komponenten geben. Normalerweise sollte die Schaltung mit Frequenz kleiner als 1MHz an einem Punkt geerdet werden. Mehrpunkt-Erdung bedeutet, dass jeder Erdungspunkt in der elektronischen Vorrichtung direkt mit der Erdungsebene verbunden ist, die ihr am nächsten ist (dh, die Metallbodenplatte des Geräts). In Hochfrequenzschaltungen ist der Einfluss von parasitärer Kapazität und Induktivität größer. Normalerweise ist die Frequenz größer als 10MHz Schaltung, oft verwenden

Mehrpunkt-Erdung. Schwimmend, das heißt, die Masse der Schaltung ist ohne einen Leiter mit der Erde verbunden. Virtueller Boden: Ein Punkt, der nicht geerdet ist, aber das gleiche Potenzial hat wie der Boden. Der Vorteil ist, dass der Stromkreis nicht von den elektrischen Eigenschaften der Erde beeinflusst wird. Schwimmende Erde kann den Isolationswiderstand zwischen Leistungserde (starke Stromerde) und Signalerde (schwache Stromerde) sehr groß machen, so dass es elektromagnetische Störungen verhindern kann, die durch gemeinsame Erdimpedanzschaltkopplung verursacht werden. Der Nachteil besteht darin, dass die Schaltung anfällig für den Einfluss parasitärer Kapazität ist, was dazu führt, dass sich das Massepotential der Schaltung ändert und die induktive Interferenz zur analogen Schaltung erhöht. Ein Kompromiss besteht darin, einen großen Entlüftungswiderstand zwischen der schwimmenden Masse und der gemeinsamen Masse zu verbinden, um die akkumulierte Ladung freizugeben. Achten Sie darauf, die Impedanz des Freigabewiderstands zu steuern, zu niedriger Widerstand beeinflusst die Qualifizierung des Leckstroms der Ausrüstung.

Anwendung der schwimmenden Technologie

Trennen Sie Wechselstrom-Masse von Gleichstrom-Masse

Im Allgemeinen ist die neutrale Leitung der Wechselstromversorgung geerdet. Aufgrund des Erdungswiderstands und des durch ihn fließenden Stroms ist das Nullleitungspotential des Netzteils jedoch nicht das Nullpotential der Erde. Darüber hinaus gibt es oft viele Interferenzen auf der neutralen Leitung des AC-Netzteils. Wenn die Wechselstromversorgungserde nicht von der Gleichstromversorgungserde getrennt ist, wirkt sich dies auf den normalen Betrieb der Gleichstromversorgung und der nachfolgenden Gleichstromkreise aus. Daher kann die Verwendung einer schwimmenden Technologie, die die AC-Stromerde von der DC-Stromerde trennt, die Interferenz von der AC-Stromerde isolieren.

Schwimmende Technologie des Verstärkers

Für Verstärker, insbesondere kleine Eingangssignale und High-Gain-Verstärker, können kleine Störsignale am Eingangsende anormalen Betrieb verursachen. Daher kann die schwimmende Technologie des Verstärkers den Eintritt von Störsignalen blockieren und die elektromagnetische Verträglichkeit des Verstärkers verbessern.

c Vorsichtsmaßnahmen für Schwimmtechnik

1) Versuchen Sie, den Isolationswiderstand des schwimmenden Systems zum Boden zu erhöhen, um den Gleichtaktstörungsstrom zu verringern, der in das schwimmende System eintritt.

2) Leiterplattenhersteller müssen auf die parasitäre Kapazität des schwimmenden Systems zum Boden achten. Hochfrequente Störsignale können durch die parasitäre Kapazität weiterhin an das schwimmende System gekoppelt werden.

3) Schwimmende Technologie muss mit elektromagnetischen Verträglichkeitstechnologien wie Abschirmung und Isolierung kombiniert werden, um bessere erwartete Ergebnisse zu erzielen.

4) Bei der Verwendung von schwimmender Technologie sollte auf die Gefahren von statischer Elektrizität und Spannungsgegenangriff auf Ausrüstung und Menschen geachtet werden.

Wie wählt man den geeigneten Erdungspunkt im Leiterplattendesign aus.

1.Grundsätze der Auswahl der Erdungspunkte

Die Wahl des Erdungspunkts ist hauptsächlich in Einpunkt-Erdung und Mehrpunkt-Erdung unterteilt. In niederfrequenten Schaltungen wird aufgrund der schwachen induktiven Wirkung normalerweise empfohlen, einen einzigen Erdungspunkt zu verwenden, um das durch die Erdungsschleife verursachte Rauschen zu reduzieren. In Hochfrequenzschaltungen wird die Erdungsimpedanz sehr wichtig, diese Zeit sollte verwendet werden, um die Erdungsimpedanz-Mehrpunkt-Erdungsmethode zu reduzieren.

2.Single-Point Erdung und Multi-Point Erdung

Das Ein-Punkt-Erdungsverfahren eignet sich für Schaltungen mit Signalbetriebsfrequenz weniger als 1MHz, in diesem Fall hat der Schleifenstrom der Erdung einen größeren Einfluss auf die Störung, so dass nur ein Erdungspunkt ausgewählt werden kann.

Bei Signalfrequenzen höher als 10MHz müssen mehrere Erdungspunkte ausgewählt werden, um Signalintegrität zu gewährleisten. Die Steuerung der Mischung von Erdungspunkten für digitale und lineare Hochgeschwindigkeitsschaltungen, um sicherzustellen, dass sie separat mit der Stromversorgungsseite verbunden sind, kann die Rauschfestigkeit der Schaltung effektiv verbessern.

3.Ground Wire Design

Das Design des Erdungskabels hängt auch sehr stark mit der Leistung der Schaltung zusammen. Der Erdungskabel sollte so dick wie möglich sein, damit er dreimal den Wert des zulässigen Stroms der Schaltung passieren kann, und die Breite des Erdungskabels sollte normalerweise größer als 3mm sein. Wenn das Erdungskabel zu dünn ist, kann es zu instabilen Signalpegeln und verminderter Störfestigkeit führen.

4.Bedeutung des Loop Designs

In Leiterplatten, die nur aus digitalen Schaltungen bestehen, kann das Entwerfen des Erdungskabels als Totschleifenpfad die Potentialdifferenz effektiv reduzieren und somit die Konsistenz des Stroms verbessern, um die Rauschfestigkeit zu erhöhen.

5.High-density Linien und Microvia Technologie

Wenn elektronische Produkte multifunktional werden, wird der Kontaktabstand allmählich reduziert, die Signalübertragungsgeschwindigkeit steigt, die Verdrahtungsdichte zwischen den Punkten und die Länge der Lokalisierung der Erhöhung der Anforderungen der Leiterplatte unter Verwendung von High-Density-Linienkonfiguration und Microvia-Technologie. Diese Faktoren tragen dazu bei, dass mehrschichtige Leiterplatten häufiger geworden sind und somit die Gesamtschaltungsleistung verbessern.