Tecnologia RF - Progettazione del filo di terra della scheda PCB

Nelle apparecchiature elettroniche, la messa a terra è un metodo importante per controllare le interferenze. Se la messa a terra e la schermatura possono essere combinati e utilizzati correttamente, la maggior parte dei problemi di interferenza possono essere risolti. La struttura a terra delle apparecchiature elettroniche comprende approssimativamente terra del sistema, terra del telaio (terra dello scudo), terra digitale (terra logica) e terra analogica.

Nella progettazione del filo di terra della scheda PCB, la tecnologia di messa a terra viene applicata sia al PCB multistrato che al PCB monostrato. L'obiettivo della tecnologia di messa a terra è quello di ridurre al minimo l'impedenza di terra e quindi di ridurre il potenziale del ciclo di terra dal circuito di ritorno all'alimentazione elettrica.

(1) Scegliere correttamente la messa a terra a un punto singolo e la messa a terra a più punti Nel circuito a bassa frequenza, la frequenza di lavoro del segnale è inferiore a 1MHz, il suo cablaggio e l'induttanza tra i dispositivi hanno poca influenza e la corrente circolante formata dal circuito di messa a terra ha una maggiore influenza sull'interferenza, quindi dovrebbe essere adottata una messa a terra di un punto. Quando la frequenza di funzionamento del segnale è superiore a 10MHz, l'impedenza del filo di terra diventa molto grande. In questo momento, l'impedenza del filo di terra dovrebbe essere ridotta il più possibile e i punti multipli più vicini dovrebbero essere utilizzati per la messa a terra. Quando la frequenza operativa è 1~10MHz, se viene utilizzata la messa a terra a un punto, la lunghezza del cavo di massa non dovrebbe superare 1/20 della lunghezza d'onda, altrimenti dovrebbe essere utilizzato il metodo di messa a terra a più punti. Il circuito ad alta frequenza dovrebbe essere messo a terra in più punti in serie, il filo di massa dovrebbe essere corto e spesso e un foglio di rame di messa a terra di grande area simile a griglia dovrebbe essere disposto intorno al componente ad alta frequenza il più possibile.

(2) Separare il circuito digitale dal circuito analogicoCi sono sia circuiti logici ad alta velocità che circuiti lineari sul circuito stampato. Dovrebbero essere separati il più possibile e i fili di terra dei due non dovrebbero essere mescolati e dovrebbero essere collegati ai fili di terra del terminale di alimentazione. Cercate di aumentare il più possibile l'area di messa a terra del circuito lineare.

(3) ispessire il filo di terra il più possibile Se il filo di terra è molto sottile, il potenziale di terra cambierà con il cambiamento corrente, causando il livello del segnale di temporizzazione del dispositivo elettronico per essere instabile e le prestazioni anti-rumore per deteriorarsi. Pertanto, il filo di terra dovrebbe essere il più spesso possibile in modo che possa passare tre volte la corrente consentita del circuito stampato. Se possibile, la larghezza del filo di terra dovrebbe essere maggiore di 3mm.

(4) Forma il filo di terra in un ciclo chiuso Quando progetta il sistema di filo di terra del circuito stampato composto solo da circuiti digitali, rendendo il filo di terra in un ciclo chiuso può migliorare significativamente la capacità anti-rumore. Il motivo è che ci sono molti componenti del circuito integrato sul circuito stampato, soprattutto quando ci sono componenti che consumano più energia, a causa della limitazione dello spessore del filo di terra, verrà generata una grande differenza di potenziale sulla giunzione a terra, che causerà la capacità anti-rumore di diminuire, se la struttura di messa a terra è formata in un ciclo, la differenza potenziale sarà ridotta e la capacità antirumore delle apparecchiature elettroniche sarà migliorata.

(5) Quando adotta la progettazione del circuito multistrato, uno degli strati può essere utilizzato come "tutto il piano di terra", che può ridurre l'impedenza di messa a terra e allo stesso tempo svolgere un ruolo di schermatura. Spesso mettiamo un ampio filo di terra intorno alla scheda stampata, che svolge anche lo stesso ruolo.

(6) Cavo di massa di PCBIn a singolo strato in un PCB a singolo strato (lato singolo), la larghezza del cavo di massa dovrebbe essere il più ampia possibile e dovrebbe essere almeno 1,5 mm (60mil). Poiché il cablaggio a stella non può essere implementato su un PCB a singolo strato, il cambiamento nella larghezza del saltatore e del filo di terra dovrebbe essere mantenuto al minimo, altrimenti causerà cambiamenti nell'impedenza e nell'induttanza della linea.

(7) Cavo di massa di PCB a doppio strato (bifacciale) PCBIn, cablaggio a matrice di punti/griglia di terra è preferito per i circuiti digitali. Questo metodo di cablaggio può ridurre l'impedenza di terra, loop di terra e loop di segnale. Come in un PCB monostrato, la larghezza del terreno e delle linee elettriche dovrebbe essere di almeno 1,5 mm.

Un altro layout è quello di mettere il piano di terra da un lato e le linee di segnale e di alimentazione dall'altro lato. In questa disposizione, il ciclo di terra e l'impedenza saranno ulteriormente ridotti. In questo momento, il condensatore di disaccoppiamento può essere posizionato il più vicino possibile tra la linea di alimentazione IC e il piano di terra.

(8) Capacità PCB Su una scheda multistrato, la capacità PCB è generata dallo strato isolante sottile che separa il piano di potenza e il terreno. Su una scheda a singolo strato, la disposizione parallela delle linee elettriche e di terra avrà anche questo effetto capacitivo. Un vantaggio del condensatore PCB è che ha una risposta in frequenza molto alta e bassa induttanza di serie uniformemente distribuita su tutta la superficie o sull'intera linea. È equivalente a un condensatore di disaccoppiamento distribuito uniformemente su tutta la scheda. Nessun singolo componente discreto ha questa caratteristica.

(9) Circuito ad alta velocità e circuito a bassa velocità

I circuiti e i componenti ad alta velocità dovrebbero essere posizionati più vicini al piano di terra e i circuiti e i componenti a bassa velocità dovrebbero essere posizionati più vicini al piano di potenza.

(10) Riempimento di rame di terra In alcuni circuiti analogici, l'area del circuito stampato inutilizzato è coperta da un grande piano di terra per fornire schermatura e aumentare le capacità di disaccoppiamento. Ma se questa area di rame è sospesa (ad esempio, non è collegata a terra), allora può comportarsi come un'antenna e causare problemi di compatibilità elettromagnetica.

(11) Piano di terra e piano di potenza in PCBIn multistrato in un PCB multistrato, si raccomanda di posizionare il piano di potenza e il piano di terra il più vicino possibile agli strati adiacenti al fine di generare una grande capacità PCB sull'intera scheda. I segnali critici più veloci dovrebbero essere vicini a un lato del piano di terra e i segnali non critici dovrebbero essere posizionati vicino al piano di potenza.

(12) Requisiti di alimentazioneQuando il circuito richiede più di un alimentatore, utilizzare la messa a terra per separare ogni alimentatore. Ma è impossibile macinare più punti in un PCB a singolo strato. Una soluzione è quella di separare il cavo di alimentazione e il cavo di massa da un alimentatore da altri cavi di alimentazione e cavi di terra, che aiuta anche a evitare l'accoppiamento acustico tra gli alimentatori.