PCB Tecnico - Progettazione del cavo di terra per prevenire l'interferenza comune di impedenza sulla scheda PCB

Nei circuiti stampati elettronici, l'interferenza di impedenza comune ha un grande impatto sul normale funzionamento del circuito. Nella progettazione del circuito PCB, specialmente nella progettazione PCB del circuito ad alta frequenza, deve essere evitata l'influenza dell'impedenza comune del filo di terra. Attraverso l'analisi della forma di interferenza di impedenza comune, questo documento introduce in dettaglio l'effetto della messa a terra di un punto su interferenza di impedenza comune nei circuiti elettronici, in particolare nei circuiti ad alta frequenza, e i problemi a cui dovrebbe essere prestata attenzione quando si utilizza la messa a terra di un punto per prevenire l'impedenza comune. Allo stesso tempo, espone brevemente le forme e i requisiti principali del layout di cablaggio nella scheda PCB.

In un circuito elettronico, la maggior parte dei componenti deve formare un anello attraverso il cavo di massa. Se la progettazione del cavo è ragionevole o meno influisce direttamente sul lavoro del circuito. Ridurre al minimo l'interferenza alla trasmissione del segnale a causa della progettazione irragionevole del cavo di terra. La tensione, la corrente e il livello del segnale di ogni punto del circuito sono rappresentati dal cavo di massa come tensione di riferimento. Quando si legge il diagramma del circuito e si comprende lo stato di funzionamento del circuito, il filo di terra e ogni punto di terra sono spesso considerati come il punto di potenziale zero senza differenza di potenziale. Nel lavoro effettivo del circuito, a causa dell'esistenza dell'impedenza (resistenza, induttanza) del filo di terra, verrà generata una certa differenza di potenziale. L'esistenza di queste potenziali differenze influirà inevitabilmente sul funzionamento del circuito. Nella progettazione PCB, l'effetto dell'impedenza di terra deve essere prestato attenzione ed eliminato.1. La forma in cui il filo di massa interferisce con il circuito1.1 Interferenza di impedenza comune a corrente piena 1 e circuito 2 formano un ciclo con l'alimentazione elettrica attraverso il terreno comune AB. Il segmento di linea AB può essere equivalente ad un ciclo di serie di resistenza e induttanza, formando così un effetto di impedenza comune. Durante il funzionamento, la fluttuazione di corrente dei circuiti 1 e 2 causerà il cambiamento potenziale del punto A, che farà i circuiti 1 e 2 interferire tra loro. Se il circuito 2 ha uscita al circuito 3, l'interferenza entrerà anche nel circuito 3, formando così l'interferenza di impedenza comune a corrente piena. Ad esempio, c'è un filo stampato con una lunghezza di 10 cm e una larghezza di 1,5 cm, lo spessore del foglio di rame è di 50 micron, e la resistenza del filo è: se ρ=0,02, allora R è di circa 0,026Ω. Quando il circuito 1 funziona a bassa frequenza, la corrente alternata del circuito è 1A, quindi una caduta di tensione alternata di circa 0,026V viene generata su questo filo stampato e agisce sul circuito 2. Alle alte frequenze, l'interferenza di impedenza comune del filo di terra è principalmente basata sull'induttanza del filo. Quando la lunghezza di un pezzo di filo è molto maggiore della sua larghezza, l'auto-induttanza del filo può essere calcolata come 0,8 microhenry / metro. Lo stesso filo lungo 10 cm, quando la frequenza di funzionamento che attraversa è 30MHz, la reattività induttiva presentata da questo filo è RL= 2π L†16Ω. Si può vedere che quando la frequenza aumenta, la reattività induttiva del filo sarà parecchi ordini di grandezza più grande della resistenza del filo stesso. Anche se una piccola corrente ad alta frequenza scorre attraverso il cavo, come 10mA, una tensione ad alta frequenza di 0,16V sarà generata sul cavo. Pertanto, per i circuiti ad alta frequenza, quando si realizzano PCB, i fili stampati dovrebbero essere il più corti possibile per ridurre la perdita e l'interferenza causate dall'induttanza del filo al circuito.1.2 Interferenza di impedenza comune della corrente locale Quando la scheda stampata adotta un filo di terra ad anello, ogni elemento di messa a terra è messo a terra secondo la terra più vicina. In questo modo, una parte del segnale CA dello stadio finale forma un loop attraverso il filo di terra AD, e una caduta di tensione CA è generata sul filo AD. Poiché l'emettitore di transistor e la base dello stadio precedente condividono il cavo BC con lo stadio finale, c'è una interferenza di impedenza comune sul cavo BC. Questa interferenza è accoppiata sul cavo di terra comune sotto forma di correnti locali, formando interferenza di impedenza comune della corrente locale. L'interferenza di impedenza comune della corrente intera esiste principalmente tra le fasi. L'interferenza di co-impedenza di corrente locale si riferisce all'interferenza ad altri circuiti causata dalla scarsa messa a terra di alcuni e singoli componenti e fili.2. Metodi per prevenire interferenze di impedenzaTutti i livelli sono a terra internamente. La messa a terra interna a tutti i livelli è il metodo principale per prevenire interferenze di impedenza comune della corrente locale. Ciò significa impedire efficacemente che il segnale CA di questo stadio fuoriesca a circuiti diversi da questo stadio attraverso ogni elemento di messa a terra, o che il segnale CA di altri circuiti venga raccolto attraverso ogni elemento di messa a terra di questo stadio. Che si tratti di circuiti a bassa frequenza, a media frequenza o ad alta frequenza a tutti i livelli, per prevenire l'interferenza di impedenza comune delle correnti locali, il metodo efficace è quello di utilizzare un punto di messa a terra. In questo modo, la divergenza e la ricezione del segnale CA attraverso l'elemento di messa a terra possono essere efficacemente prevenute, in modo che la messa a terra sia pura. In un circuito reale, ci sono molti elementi di messa a terra ad ogni livello ed è impossibile passare questi elementi in un foro di filettatura allo stesso tempo. Invece, gli elementi di messa a terra di questo livello sono disposti il più vicino possibile a una sezione o a un'area del filo di terra comune.3. La messa a terra a un punto dovrebbe prestare attenzione al problemo3.1 Campo di applicazione di questo elemento di messa a terra livelloLa portata dell'elemento di messa a terra di questa fase si riferisce all'elemento che è direttamente collegato al transistor di questa fase, o è accoppiato capacitivamente. Secondari e componenti accoppiati da induttanza non appartengono a questa fase. Come mostrato nella Figura 5a e nella Figura 5b.3.2 Utilizzare il ramo di messa a terra per un puntoQuando non ci sono molti componenti e il volume non è grande, il layout di messa a terra a un punto è più facile da gestire; Quando ci sono molti componenti e il volume è grande, è possibile utilizzare un ramo di messa a terra più lungo. Può anche essere disposto intorno alla piastra di stampa nel layout, ma i componenti di altri livelli non dovrebbero essere collegati a questo ramo di terra e l'estremità lontana del ramo di terra non dovrebbe essere collegata ad altri fili di terra.3.3 La messa a terra a un punto include anche i componenti off-board di questo livelloOltre ai componenti di bordo di questa fase, La messa a terra a un punto comprende anche componenti off-board accoppiati direttamente o capacitivamente a questa fase. Questo è spesso trascurato nella progettazione PCB e provoca interferenze di impedenza comuni di loc