PCB Tecnico - Principi di classificazione e selezione della messa a terra di progettazione PCB ad alta velocità

Con lo sviluppo della tecnologia elettronica, le funzioni di prodotto dei prodotti elettronici stanno diventando sempre più potenti. La progettazione PCB svolge un ruolo fondamentale nella progettazione di prodotti elettronici, perché la qualità della progettazione PCB influenzerà direttamente la realizzazione delle funzioni del prodotto.

Nella progettazione di prodotti elettronici, non è difficile progettare un circuito PCB per realizzare la sua funzione. La difficoltà è che non è influenzata da varie influenze (come cambiamenti di temperatura e umidità, cambiamenti di pressione dell'aria, urti meccanici, effetti di corrosione, ecc.). Al fine di ottenere la manutenzione continua del lavoro normale e stabile, adotteremo vari metodi di progettazione o misure del processo di fabbricazione per eliminare o ridurre questi effetti. Tutti sanno che la progettazione di messa a terra è la base della progettazione del sistema e una buona messa a terra è un prerequisito per il funzionamento sicuro e stabile del sistema. Quindi l'editor oggi ha parlato con tutti del metodo di messa a terra nella progettazione PCB ad alta velocità.

Progettazione di messa a terra del PCB:

In generale, la messa a terra include due significati, vale a dire, messa a terra e messa a terra virtuale. Il collegamento a terra si riferisce al collegamento con la terra; connessione al terreno virtuale si riferisce alla connessione con il potenziale punto di riferimento. Quando il punto di riferimento è isolato elettricamente dalla terra, è chiamato collegamento galleggiante. Ci sono due scopi di messa a terra: uno è quello di garantire il funzionamento stabile e affidabile del sistema di controllo e di prevenire le interferenze causate da loop di terra, che è spesso indicato come messa a terra di lavoro; l'altro è quello di evitare che l'operatore venga esposto al rischio di scosse elettriche dovute al danno dell'isolamento o alla caduta dell'apparecchiatura e garantire la sicurezza dell'apparecchiatura è chiamata messa a terra protettiva.

Principio di selezione di base:

Per un determinato dispositivo o sistema, alla frequenza più alta (lunghezza d'onda corrispondente) di interesse, quando la lunghezza della linea di trasmissione L>in è considerata un circuito ad alta frequenza, altrimenti è considerato un circuito a bassa frequenza.

(1) circuito a bassa frequenza (<1MHZ), messa a terra a punto singolo è raccomandata;

(2) circuito ad alta frequenza (> 10MHZ), si raccomanda di utilizzare la messa a terra multipunto;

(3) Circuito ibrido ad alta e bassa frequenza, messa a terra mista, la gamma di frequenza di lavoro applicabile è generalmente 500kHz-30M

Metodo di messa a terra PCB:

1. messa a terra a punto singolo: I fili di terra di tutti i circuiti sono collegati allo stesso punto sul piano di terra, che è diviso in messa a terra a punto singolo di serie e messa a terra parallela a punto singolo.

La messa a terra monopunto significa che nell'intero sistema, un solo punto fisico è definito come punto di riferimento di messa a terra e tutti gli altri punti che devono essere messi a terra sono collegati a questo punto.

La messa a terra a punto singolo è adatta per circuiti con frequenza inferiore (inferiore a 1MHZ). Se la frequenza di funzionamento del sistema è così alta che la lunghezza d'onda operativa è paragonabile alla lunghezza del cavo di messa a terra del sistema, la messa a terra a punto singolo è un problema. Quando la lunghezza del cavo di massa è vicina a 1/4 lunghezza d'onda, è come una linea di trasmissione cortocircuitata. La corrente e la tensione del filo di terra sono distribuiti in un'onda eretta, e il filo di terra diventa un'antenna radiante e non può funzionare come "terra".

Al fine di ridurre l'impedenza di terra ed evitare radiazioni, la lunghezza del filo di terra dovrebbe essere inferiore a 1/20 lunghezza d'onda. Nel trattamento dei circuiti di potenza, la messa a terra a punto singolo può essere generalmente considerata. Per PCB con un gran numero di circuiti digitali, generalmente non è consigliabile utilizzare un metodo di messa a terra a punto singolo a causa delle sue ricche armoniche di alto ordine.

Messa a terra multipunto

2. messa a terra multi-punto: I fili di terra di tutti i circuiti sono messi a terra nelle vicinanze e i fili di terra sono corti e adatti per la messa a terra ad alta frequenza.

Messa a terra multipunto significa che ogni punto di messa a terra nell'apparecchiatura è direttamente collegato al piano di messa a terra più vicino ad esso, in modo che la lunghezza del cavo di messa a terra sia la più breve.

Il circuito di messa a terra multipunto ha una struttura semplice e il fenomeno di onda standing ad alta frequenza che può apparire sulla linea di messa a terra è significativamente ridotto. È adatto per occasioni con frequenze operative più elevate (>10MHZ). Tuttavia, la messa a terra multi-punto può causare la formazione di molti loop di terra all'interno del dispositivo, riducendo così la resistenza del dispositivo ai campi elettromagnetici esterni. In caso di messa a terra multipunto, nota

Problemi di loop intenzionalmente, specialmente quando si collega in rete tra moduli e dispositivi diversi. Interferenza elettromagnetica causata dall'anello di terra:

Idealmente, il terreno dovrebbe essere un'entità fisica con potenziale zero e impedenza zero. Tuttavia, il filo di terra reale ha sia una componente di resistenza che una componente di reazione. Quando una corrente scorre attraverso il filo di terra, si verificherà una caduta di tensione. Il cavo di massa formerà un anello con altre connessioni (segnale, cavo di alimentazione, ecc.). Quando il campo elettromagnetico variabile nel tempo è accoppiato al loop, sarà nel loop di terra.

In, la forza elettromotrice indotta viene generata e accoppiata al carico dal circuito di terra, che costituisce una potenziale minaccia EMI.

3. messa a terra mista: mescolare messa a terra a punto singolo e messa a terra multi-punto.

Generalmente, tutti i moduli utilizzeranno due metodi di messa a terra in modo completo e utilizzeranno un metodo di messa a terra misto per completare la connessione tra il cavo di terra del circuito e il piano di terra.

Se non si sceglie di utilizzare l'intero piano come filo di terra comune, ad esempio, quando il modulo stesso ha due fili di terra, è necessario dividere il piano di terra, che spesso interagisce con il piano di potenza. Prestare attenzione ai seguenti principi:

(1) Allineare i piani per evitare la sovrapposizione tra il piano di potenza non correlato e il piano di terra, altrimenti causerà tutti i piani di terra a fallire e interferire l'uno con l'altro;

(2) nel caso di alta frequenza, ci sarà accoppiamento tra gli strati attraverso la capacità parassitaria del circuito stampato;

(3) La linea del segnale tra il piano di terra (come il piano di terra digitale e il piano di terra analogico) è collegata da un ponte di terra e il percorso di ritorno più vicino è configurato attraverso il foro passante più vicino.

(4) Evitare di eseguire tracce ad alta frequenza come linee di orologio vicino al piano di terra isolato, che possono causare radiazioni inutili.

(5) L'area del loop formata dalla linea di segnale e dal suo loop è il più piccolo possibile, che è anche chiamata regola del loop minimo; minore è l'area del ciclo, minore è la radiazione esterna e minore è l'interferenza dal mondo esterno. Quando si divide il piano di terra e l'instradamento del segnale, considerare la distribuzione del piano di terra e le tracce importanti del segnale per prevenire i problemi causati dalla fessurazione nel piano di terra.

4. Terreno galleggiante:

"Terra galleggiante" si riferisce a un metodo di messa a terra in cui il sistema di messa a terra dell'attrezzatura è isolato elettricamente dalla terra.

A causa di alcune debolezze del terreno galleggiante stesso, non è adatto per sistemi generali su larga scala e il suo metodo di messa a terra è raramente utilizzato