Diseño electrónico - Diseño de la puesta a tierra de PCB

Diseño de Placa de circuito impreso Es indispensable e importante en el diseño de productos electrónicos. CalidadDiseño de Placa de circuito impreso Afectará directamente a la realización de la función del producto. Diseñar un Circuito de Placa de circuito impreso Realizar su función. The difficult thing is that it is not affected by various influences (such as temperature and humidity changes, Cambio de presión, Impacto mecánico, Corrosión, Etc..) and can continue to maintain normal and stable work, Por lo tanto, utilizaremos una variedad de métodos de diseño o medidas de proceso de fabricación para eliminar o reducir estos efectos a fin de garantizar que Placa de circuito impreso, Si se utiliza un elemento de temperatura más amplio para adaptarse al entorno de alta o baja temperatura; Hacer que el área del patrón de circuito de ambos lados de la placa de circuito impreso sea igual en la medida de lo posible, con el fin de evitar que el cambio de temperatura cause la deformación y deformación de la placa de circuito impreso; Organizar razonablemente la posición de las Partes grandes y pesadas de la placa de circuito impreso, diseñar la estructura de montaje y fijación correspondiente, evitar que las Partes se caigan debido a la vibración.

En primer lugar, lo más importante es la puesta a tierra. Como todos sabemos, el diseño de la puesta a tierra es la base del diseño del sistema. Una buena puesta a tierra es un requisito previo para el funcionamiento seguro y estable del sistema. La puesta a tierra generalizada incluye dos significados, a saber, la puesta a tierra y la puesta a tierra virtual. La conexión a tierra se refiere a la conexión con la tierra; La conexión a un terreno virtual es la conexión a un punto de referencia potencial. Cuando el punto de referencia está aislado eléctricamente del suelo, se llama conexión flotante. La puesta a tierra tiene dos objetivos: En primer lugar, garantizar el funcionamiento estable y fiable del sistema de control y evitar la interferencia del Circuito de puesta a tierra, que se llama puesta a tierra de trabajo; El otro es evitar que el operador sufra el riesgo de choque eléctrico debido a daños en el aislamiento o caída del equipo y garantizar la seguridad del equipo, que se llama puesta a tierra protectora.

Si no se considera la puesta a Tierra segura, Sólo desde el punto de referencia del circuito, La puesta a tierra puede dividirse en tierra flotante, Puesta a tierra de un solo punto, Puesta a tierra multipunto y puesta a tierra híbrida. El objetivo de la tierra flotante es aislar un circuito o dispositivo de una tierra común o de un cable eléctrico común que pueda causar una corriente circulante.. La desventaja de este método de puesta a tierra es que el equipo no está conectado directamente a tierra., Fácil de generar acumulación electrostática, Finalmente, la descomposición electrostática se produce bajo una fuerte corriente de descarga. El método habitual es conectar una gran resistencia entre el dispositivo y el suelo para eliminar la acumulación electrostática. La puesta a tierra de un solo punto se refiere a la puesta a tierra en un circuito, Sólo un punto físico se define como un punto de referencia terrestre. Puesta a tierra multipunto significa estar en el sistema, Cada punto de puesta a tierra está conectado al estrato de puesta a tierra más cercano, Minimizar la longitud del cable de tierra. Este es el único método viable de puesta a tierra Circuito de señal de alta frecuencia. En general, A frecuencias inferiores a 1 MHz, Es mejor utilizar un solo punto de puesta a tierra; A frecuencias superiores a 10 MHz, Es mejor utilizar la puesta a tierra multipunto; La longitud del cable de tierra no excederá de 1/Longitud de onda 20, De lo contrario, se utilizará el método de puesta a tierra multipunto. En condiciones normales, En el sistema general de control industrial, La frecuencia de la señal es inferior a 1 MHz, Por lo tanto, la puesta a tierra de un solo punto se utiliza generalmente. La puesta a tierra híbrida es una combinación de puesta a tierra de un solo punto y puesta a tierra de varios puntos, El rango de frecuencia de funcionamiento aplicable es generalmente de 500 kHz Ie ½ 30 MHz.

En el sistema de control informático, puede dividirse aproximadamente en los siguientes tipos de puesta a tierra: puesta a tierra analógica, puesta a tierra digital, puesta a tierra de señales, puesta a tierra del sistema, puesta a tierra AC y puesta a tierra de protección. La puesta a tierra analógica se utiliza como potencial cero para circuitos analógicos en sensores, transmisores, amplificadores, convertidores a - D y D - A. La señal analógica tiene el requisito de precisión, su señal es relativamente pequeña, y está conectada con el sitio de producción. A veces, con el fin de distinguir la relación entre la puesta a tierra de la señal débil del sensor remoto y la puesta a tierra simulada del host, la puesta a tierra del sensor también se llama puesta a tierra de la señal. Como el potencial cero de varios circuitos digitales en el ordenador, la tierra digital debe separarse de la tierra analógica para evitar la interferencia del pulso digital en la señal analógica. La puesta a tierra del sistema es el punto final de retorno de la puesta a tierra y está conectada directamente al suelo como un potencial cero de referencia. La puesta a tierra de ca es la puesta a tierra o la línea cero de la fuente de alimentación de ca de la computadora, su potencial cero es muy inestable. A menudo hay una diferencia potencial de unos pocos voltios o incluso decenas de voltios entre dos puntos arbitrarios de la tierra AC. Además, las zonas de comunicación también son vulnerables a diversas perturbaciones. Por lo tanto, la puesta a tierra de CA no debe estar conectada a la puesta a tierra anterior, el rendimiento de aislamiento del transformador de potencia de CA debe ser bueno, debe evitar el fenómeno de fuga. La puesta a tierra protectora también se llama puesta a Tierra segura, puesta a tierra del chasis o puesta a tierra protegida. El objetivo es hacer que el chasis del equipo y la puesta a tierra equipotential, para evitar que el chasis con película suene la seguridad del cuerpo y el equipo.

Después de conocer la clasificación y función del cable de tierra, es necesario clasificar el cable de tierra en Placa de circuito impreso y tomar las medidas correspondientes para diseñar el cable de tierra. Por ejemplo, los cables de tierra de los dispositivos ttl y CMOS deben ser radiales, no circulares; La anchura del cable de tierra en la placa de circuito impreso se determinará de acuerdo con la magnitud de la corriente de paso y no será inferior a 3 mm. si es posible, la anchura del cable de tierra será la mejor; El cable de tierra del condensador de derivación no debe ser demasiado largo, debe ser lo más corto posible; El cable de tierra de potencial cero de alta corriente debe ser lo más amplio posible y debe separarse del suelo de la señal pequeña. También hay algunos principios y métodos de diseño que pueden referirse al capítulo 10 de los requisitos de diseño de la puesta a tierra de Placa de circuito impreso para el diseño.

Con el fin de seleccionar razonablemente el conductor de puesta a tierra y el método de conexión, realizamos algunas clasificaciones de acuerdo con la Tabla 1.

Cuadro 1 Clasificación de la puesta a tierra

Otra cuestión a tener en cuenta es la Diseño de Placa de circuito impreso, Esto tendrá un impacto directo Placa de circuito impreso. Normalmente, we can do some processing in accordance with the following methods:

1) The power plane is close to the ground plane (only for Circuito de alta frecuencia): When the operating frequency of the circuit is very high (such as greater than 100MHz), El plano de Potencia debe estar cerca del suelo, Por lo tanto, el acoplamiento capacitivo entre la placa de alimentación y el suelo se maximiza., Reducir el ruido de la fuente de alimentación.

2) Multiple ground planes are connected by vias: When there are multiple ground plane layers in the Placa de circuito impreso, Las capas de tierra en el tablero de circuitos se unirán con más agujeros dispersos, Especialmente cuando la concentración de la señal y la capa cambian. Proporcionar un bucle más corto para reducir la radiación de la señal de cambio de capa. Como se muestra en la figura 1, El estrato de puesta a tierra está conectado con un agujero a través de la circunferencia del plano, Puede reducir eficazmente Placa de circuito impreso.

Figura 1 conexiones a través de agujeros

Cuando las condiciones lo permitan, se adopta el principio de 20h: debido al cambio del campo eléctrico entre la capa de potencia y la capa de tierra, la interferencia electromagnética irradiará desde el borde de la placa, que se llama efecto de borde. La solución es reducir la capa de energía para que el campo eléctrico se transmita sólo dentro de la capa de tierra. En H (espesor del medio entre la fuente de alimentación y el suelo), si la contracción es de 20h, el 70% del campo eléctrico puede limitarse al borde del suelo. Si la contracción es de 100 H, se puede limitar el campo eléctrico en un 98%. Cuando se aplique el principio de 20h, se dará prioridad al circuito de señal mínimo y a la Impedancia de señal continua. Es decir, cuando el plano de potencia se retrae, si las capas de señal adyacentes tienen marcas en el borde del plano de potencia, el principio 20h puede ser ignorado en este rango para asegurar que la señal no se cruce, y el límite del plano de Potencia debe extenderse fuera de la posición de la línea de señal.

A ñadir un plano de tierra como capa de aislamiento de señales: cuando hay muchas capas de señal y se necesita una capa de aislamiento, es mejor a ñadir un cable de tierra como capa de aislamiento en lugar de una capa de energía como capa de aislamiento.

Zona extendida del plano de control: al diseñar el plano de puesta a tierra de la fuente de alimentación, debe controlarse la zona extendida del plano para evitar la superposición del plano de referencia de diferentes tipos de circuitos. Además, existe un acoplamiento capacitivo entre planos cargados paralelos. Como se muestra en la figura 2, existe un acoplamiento entre el plano analógico P de la fuente de alimentación analógica y el plano digital de puesta a tierra G.

Control the extended area of the plane
Figure 2 Control the extended area of the plane