電子設計 - 回路基板設計プロセスにおける接地線干渉の制御法

回路基板設計プロセスにおける接地線干渉の制御法

1 .接地線の定義

PCB工場地面は何ですか? 誰もが教科書で学ぶ接地線の定義は、接地線は回路電位の基準点として使用される等電位物体である. この定義は実際の状況に合わない. 実際の接地線の電位は一定ではない. あなたが地上線の点の間のポテンシャルを測るメーターを使うならば, あなたは、地上線上の点のポテンシャルが大いに変化するかもしれないとわかります. それは、回路の異常な動作を引き起こすこれらの潜在的な違いです. 等価ポテンシャルとしての回路の定義は、地上電位の人々の期待だけである. ヘンリーは接地線のより現実的な定義を与えた. 彼は接地線を信号がソースに戻るための低インピーダンス経路と定義した. この定義は、接地線12の電流の流れを強調する. この定義によると, 接地線の電位差の原因を理解するのは容易である. 接地線のインピーダンスがゼロにならないから, 電流が有限インピーダンスを通過するとき, 電圧降下が起こる. したがって, 我々は、海の波として接地線上の可能性を想像する必要があります, 次々に. (PCB設計)

接地インピーダンス

接地線のインピーダンスに起因する接地線上の点間の電位差について考えると、回路は誤動作することがある, 多くの人々は信じられないと思います：接地線の抵抗を測定するためにオームメーターを使うとき, 接地線の抵抗は、しばしばミリオームレベルである. このような小さな抵抗を通して電流が流れると、このような大きな電圧降下はどのように起こり得るか, 異常な回路動作を引き起こす.

3. Ground interference mechanism

3.2つの回路が接地線のセクションを共有するとき、1つの一般のインピーダンス干渉, つの回路の接地電位は接地線のインピーダンスによって他方の回路の動作電流によって変調される. そのような回路の信号は別の回路に結合される, この結合を共通インピーダンス結合と呼ぶ.

デジタル回路では、信号の高周波により、接地線は大きなインピーダンスを示すことが多い。このとき、グラウンドの部分を共有する異なる回路があれば、共通のインピーダンス結合の問題が生じる

4）グランド干渉対策4.1グラウンドループ干渉のメカニズムからグランドループ対策を行っているので、グランドループの電流を小さくすればグランドループ干渉を低減することができる。グランドループの電流を完全に除去できれば、グランドループ干渉の問題を完全に解決することができる。そこで，地上ループ干渉に対する以下の解を提案した。

a .一端の回路が浮き上がった場合、一端の機器を浮遊させることで接地ループを遮断するので、グランドループ電流を除去することができる。しかし、注意を払う必要がある2つの問題があります。一つは、安全上の理由から、回路はしばしば浮くことができないことである。このとき、インダクタを介してデバイスを接地することを考える。このように、50 Hz交流電流装置では、接地インピーダンスが非常に小さく、より高い周波数干渉信号に対しては、機器接地インピーダンスが大きくなり、接地ループ電流が減少する。しかし、そうすることは、高周波干渉のグランドループ干渉を減らすことができるだけである。別の問題は、デバイスがフローティングしているが、デバイスと接地との間には依然として寄生容量があることである。この静電容量は、より高い周波数でより低いインピーダンスを提供するので、効果的に高周波グランドループ電流を減らすことができない。

b .デバイス間の接続を実現するためにトランスを使用します。二つのデバイスを接続して接地ループ電流を遮断するために磁気回路を使用する。しかし、一次変圧器と二次変圧器との間の寄生容量は、より高い周波数グランドループ電流のための経路をまだ提供することができるので、変圧器分離方法は高周波接地ループ電流に対する抑制効果が低いことに留意されたい。変圧器の高周波分離効果を改善する一つの方法は、変圧器の一次側と二次側との間に遮蔽層を設けることである。しかし、絶縁トランスの遮蔽層の接地端は、受信回路の一端になければならないことに留意されたい。さもなければ、高周波分離効果を向上させることができず、高周波結合をより深刻にすることができる。従って、信号受信装置側にトランスを設置する必要がある。よく保護されたトランスは、1 MHz未満の周波数で効果的な分離を提供することができる。

c .光アイソレータを使用して、接地ループを遮断する別の方法は、光伝送を達成するために光を使用することである。これはグランドループ干渉の問題を解決する最も理想的な方法であると言える。光接続には2つの方法があり，一つは光カプラ装置であり，もう一つは光ファイバとの接続である。オプトカプラの寄生容量は一般に2 pFであり、非常に高い周波数で良好な分離を提供することができる。光ファイバはほとんど寄生容量ではないが，光カプラ装置に比べて，設置，保守，コストに劣る。

d .コモンモードチョークを使用します。接続ケーブル上のコモンモードチョークを使用することは、接地ループのインピーダンスを増加させることと等価であり、特定の接地電圧の下で、接地ループ電流が減少する。しかし、コモンモードチョークの寄生容量を制御するために注意を払うが、そうでなければ高周波干渉に対する分離効果は非常に悪い。コモンモードチョークの巻数が多くなるほど寄生容量が大きくなり、高周波分離の効果が悪化する。

4.2共通インピーダンス結合の除去は、共通インピーダンス結合を除去する2つの方法である. 一つは、共通接地線12のインピーダンスを低減することである, したがって、共通接地線上の電圧も低減される, それにより、共通インピーダンス結合を制御する. 別の方法は、適切な接地を介して互いに干渉しやすい回路の共通接地線を避けることである. 一般に, 強い電流と弱い電流回路の共通接地線を避ける, デジタル回路とアナログ回路の共通接地線. 前述の通り, 接地線のインピーダンスを減少させることの中心的な問題は、接地線20のインダクタンスを減少させることである. これは、接地導体としてフラット導体を使用することを含む, そして、接地線として遠く離れている複数の平行導体を使用すること. For プリント回路基板, 二層基板上に接地線グリッドを敷設することにより、接地線インピーダンスを効果的に低減することができる. イン 多層板, 接地線の特殊層は、小さいインピーダンスを有する, しかし、それは回路基板のコストを増加させる. . 適切な接地法による共通インピーダンスを回避する接地方法は並列単一点接地である. 並列接地の欠点は接地線が多すぎることである. したがって, 実際に, すべての回路が1点接地と並列に接続される必要はない. 相互干渉の少ない回路について, 直列の単一点接地. 例えば, 回路は、強い信号によって分類することができる, 弱信号, アナログ信号, デジタル信号, etc., それから、同様の回路の範囲内で直列に1ポイント接地を使用する, 異なるタイプの回路のための並列における単一点接地.

PCBにおけるグランド線による電磁干渉の主な理由は、接地線のインピーダンスである。接地線に電流が流れると、グランドノイズである接地線に電圧が発生する。この電圧によって駆動され、接地ループ電流が生成され、接地ループ干渉が形成される。2つの回路がグラウンドの部分を共有するとき、共通のインピーダンス結合が形成される。接地ループ干渉を解決する方法は、接地ループを切断し、接地ループのインピーダンスを増加させ、平衡回路を使用することを含む。共通インピーダンス結合を解決する方法は、共通接地部分のインピーダンスを減少させること、または一般的なインピーダンスを完全に除去するための並列単一点接地を用いることである。