電子設計 - PCB接地設計

PCB設計 電子製品の設計において不可欠であり、最も重要である. 品質PCB設計 製品機能の実現に直接影響する. Aを設計するのは難しい PCB回路 機能を実現する. The difficult thing is that it is not affected by various influences (such as temperature and humidity changes, 気圧変動, 機械的衝撃, 腐食, etc.) and can continue to maintain normal and stable work, そこで我々は様々な設計方法や製造工程の措置を採用し、これらの効果を排除または削減するために使用される PCB, 高温または低温使用環境に適合するようにより広い温度成分の使用のような；プリント基板の両側の回路パターンの面積を、温度変化に起因するプリント基板の反りと変形を防止するように試みるプリント基板に大きく重く構成された部品の位置を合理的に配置し、振動によって部品が落下するのを防ぐために対応する設置および固定構造を設計する.

まず第一に、最も重要なことは接地です。誰でも、接地設計がシステム設計の基礎であるということを知っています。良い接地は、システムの安全で安定した操作のための前提条件です。ブロード接地は接地と仮想接地の2つの意味を含んでいる。地上接続は、地球との接続を指します仮想グランドへの接続は、潜在的基準点との接続を参照します。基準点が地球から電気的に絶縁されるとき、それはフローティング接続と呼ばれています。接地の2つの目的がある：一つは、制御システムの安定した信頼性の高い動作を保証し、接地接地に起因する干渉を防止するためであり、これはしばしばワーク接地と呼ばれる。もう一つは、機器の絶縁破壊や落下による運転者の感電の危険を防止し、機器の安全性を保護接地と呼ぶことである。

安全接地を考慮しない場合, 回路基準点の観点からのみ, 接地は浮遊地に分けることができる, 単点接地, 多点接地と混合接地. 浮いている地面の目的は、回路または装置を循環している電流を引き起こすことがありえる一般の地面または一般のワイヤーから隔離することです. この接地方法の欠点は、装置が地球に直接接続されていないことである, これは静電気蓄積が起こりやすい, そして、最終的に強い放電電流による静電破壊. 通常の方法は、静電気の蓄積を除去するために、デバイスと接地間に大きな抵抗を接続することである. 一点の接地は回路でそれを意味する, つの物理的なポイントだけが基準点と定義されます. 多点接地は、システムでそれを意味する, 各接地点は、それに最も近い接地面に接続される, 接地リードの長さが最短であるように. それは唯一の実用的な接地方法です 高周波信号回路. 一般的に言えば, 周波数が1 MHzより低いとき, シングルポイント接地を使用する方が良い周波数が10 MHzより高いとき, 多点接地を使用するほうがよい接地線の長さは、1を超えない/波長の20, さもなければ、多点接地方法を採用する. 平常に, 通常の産業制御システム, 信号周波数は1 MHz以下である, したがって、シングルポイント接地は通常採用されます. ハイブリッド接地は単一点接地と多点接地の組合せである, そして、適用可能な作動周波数範囲は、一般に500 kHz.

コンピュータ制御システムでは，アナロググラウンド，ディジタルグラウンド，信号グランド，システムグラウンド，交流グラウンド，保護グラウンドに大別される。アナロググラウンドは、センサ、送信機、増幅器、A－DおよびD－A変換器のアナログ回路のゼロ電位として機能する。アナログ信号は精度要求があり、その信号は比較的小さく、生産現場に接続されている。リモートセンサの弱信号グランドとホストのアナロググラウンドとの関係を区別するために、センサのグランドも信号グランドと呼ばれる。コンピュータにおける様々なディジタル回路のゼロ電位として，ディジタルグラウンドによるアナログ信号の干渉を避けるために，ディジタルグラウンドをアナロググラウンドから分離しなければならない。システムグランドは、上記のグラウンドの最終的なリターンポイントであり、基準ゼロ電位として接地に直接接続されている。AC接地は、コンピュータのAC電源の電源ライングラウンドまたはゼロラインであり、そのゼロ電位は非常に不安定である。AC接地上の任意の2つの点の間には、数ボルトまたは数十ボルトの潜在的な相違がしばしばある。また、通信エリアも様々な干渉を起こしやすい。したがって、交流グランドを上記の接地に接続してはならず、交流電力トランスの絶縁性能が良好であり、漏れ現象を回避しなければならない。保護地は、安全地面、シャシーグラウンドまたはシールド地面とも呼ばれます。目的は、シャーシが充電されるのを防ぐために装置シャシーと地球等電位を作り、人々と機器の安全性に影響を与えることです。

接地線の分類・機能を理解した上で，地上配線をpcb内に分類し，対応する対策を講じる必要がある。例えば、TTL及びCMOSデバイスの接地線は、ラジアルであり、リング状ではないプリント回路基板上の接地線の幅は、可能な場合には、3 mm以上の電流を通過する電流の大きさに応じて決定されるべきである。バイパスコンデンサの接地線は長くならず、できるだけ短くすべきである大電流のゼロ電位接地線は、できるだけ広くなければならず、小信号のグランドから分離しなければならない。また、第10章のPCB接地設計の要件を参考に設計することができるいくつかの設計原理及び方法もある。

接地導体と接続方法を合理的に選択するために，表1に従って接地の分類を行った。

表1接地の分類

注意を必要とするもう一つの問題は PCB設計, これは直接の品質に影響を与える PCB. 一般に, we can do some processing in accordance with the following methods:

1) The power plane is close to the ground plane (only for 高周波回路): When the operating frequency of the circuit is very high (such as greater than 100MHz), パワープレーンはグランドプレーンに近いはずです, 電力面と接地面との間の容量結合を最大化するように, 電源の雑音を減らす.

2) Multiple ground planes are connected by vias: When there are multiple ground plane layers in the PCB, より散乱のビアは、ボード上の地面のプレーンを接続するために使用する必要があります, 特に、信号が集中し、層が変化する場合. より短いループを提供して、層変化のシグナルのために放射線を減らす. 図1に示すように, 接地面は平面の円周上にビアと接続される, これは効果的に外部放射線を減らすことができます PCB.

接続による

3）条件が成立すると，20 hの原理が採用されている。解決は、電界が接地層内でのみ行われるようにパワー層を縮小することである。h（膜と接地との間の媒体の厚さ）を単位として、収縮が20 hの場合、電界の70 %は接地層の端部に閉じ込めることができる収縮が100 hであれば、電界の98 %を閉じ込めることができる。20 Hの原理を実装する場合、最小信号ループと連続信号インピーダンスを満たすために優先順位を与えなければならない。すなわち、電力面が取り外されるとき、隣接する信号層がパワープレーンの縁部にトレースを有する場合、信号が交差しないことを保証するために、この範囲内で20 Hの原理を無視することができ、パワープレーンのエッジは信号線位置から延びる必要がある。

4）信号分離層としてグランドプレーンを追加する：信号層が多く，絶縁層が必要であれば，孤立層として接地層を付加するのが最も良い。

5）平面の拡張領域を制御する：電源グランドプレーンを設計するとき，異なるタイプの回路の基準平面の重なりを避けるために，平面の拡張領域を制御する。また、平行荷電面間に容量結合が存在する。図2に示すように、アナログ電力平面アナログPとデジタルグランドプレーンデジタルGとの間の相互結合が存在する。

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