전자 설계 - PCB 접지 설계

전자제품의 설계에서 PCB설계는 없어서는 안되며 가장 중요하다.PCB 설계의 품질은 제품 기능의 구현에 직접적인 영향을 미칩니다.PCB 회로를 설계하여 기능을 구현하는 것은 어렵지 않습니다.어려운 점은 온도 및 습도 변화, 기압 변화, 기계적 충격, 부식 등과 같은 다양한 영향을 받지 않고 정상적이고 안정적인 작업을 계속할 수 있다는 것입니다. 따라서 PCB의 정상적인 작동을 보장하기 위해 다양한 설계 방법 또는 제조 공정 조치를 사용하여 이러한 영향을 제거하거나 줄일 것입니다.예를 들어 더 넓은 온도 부품을 사용하여 고온이나 저온의 사용 환경에 적응한다.인쇄판 양쪽의 회로 도안 면적을 최대한 동일하게 하여 온도 변화로 인해 인쇄판이 꼬이고 변형되는 것을 방지한다;대형 및 중형 부품의 인쇄판 위치를 합리적으로 배치하고 해당 설치 고정 구조를 설계하여 부품이 진동으로 인해 떨어지는 것을 방지합니다.

우선, 가장 중요한 것은 접지기이다.주지하다시피 접지 설계는 시스템 설계의 기초이다.양호한 접지는 시스템이 안전하고 안정적으로 운행되는 전제이다.넓은 의미의 접지는 두 가지 의미, 즉 접지와 가상 접지를 포함한다.접지는 대지와의 연결을 말한다.가상지와의 연결은 전세 참고점과의 연결을 가리킨다.참고점이 대지의 전기와 절연되었을 때, 그것은 부동 연결이라고 불린다.접지에는 두 가지 목적이 있다: 첫째, 제어 시스템의 안정적이고 신뢰할 수 있는 운행을 확보하고, 접지 회로로 인한 간섭을 방지한다, 즉 일반적으로 말하는 작업 접지;다른 하나는 작업자가 설비의 절연으로 파손되거나 추락하여 감전위험에 직면하는것을 방지하고 설비의 안전을 보장하는것을 보호접지라고 한다.

안전한 접지를 고려하지 않고 회로 참조점의 관점에서만 보면 접지는 부접지, 단점접지, 다점접지, 혼합접지로 나눌 수 있다.부동 접지의 목적은 회로나 설비를 순환 전류를 일으킬 수 있는 공공 접지나 공공 전선과 격리시키는 것이다.이런 접지 방식의 단점은 설비가 직접 접지하지 않아 정전기가 축적되기 쉽고 결국 강한 방전 전류가 발생하는 정전기가 뚫린다는 것이다.일반적인 방법은 설비와 지면 사이에 큰 저항을 연결하여 정전기의 축적을 없애는 것이다.단일 접지는 하나의 회로에서 하나의 물리적 점만 접지 참조점으로 정의되는 것을 의미합니다.다중 접지는 각 접지가 가장 가까운 접지 평면에 연결되어 접지 컨덕터의 길이가 가장 짧은 시스템입니다.그것은 고주파 신호 회로의 유일한 실용적인 접지 방법이다.일반적으로 주파수가 1MHz 미만일 때는 단일 접지를 사용하는 것이 좋습니다.주파수가 10MHz보다 높을 때는 다중 접지를 사용하는 것이 좋습니다.접지선의 길이는 파장의 1/20을 초과해서는 안 되며, 그렇지 않으면 다점 접지 방식을 채택해야 한다.일반적인 경우 일반 산업 제어 시스템에서는 신호 주파수가 대부분 1MHz보다 작기 때문에 일반적으로 단일 접지를 사용합니다.혼합 접지는 단일 접지와 다중 접지의 결합으로 적용 가능한 작동 주파수 범위는 일반적으로 500kHz ½ 30MHz이다.

컴퓨터 제어 시스템에서 크게 다음과 같은 몇 가지 접지로 나눌 수 있다: 아날로그 접지, 디지털 접지, 신호 접지, 시스템 접지, 교류 접지와 보호 접지.아날로그 접지는 센서, 트랜스미터, 증폭기, A-D 및 D-A 변환기에서 아날로그 회로의 제로 전위입니다.아날로그 신호는 정밀도가 요구되고 신호가 상대적으로 작으며 생산 현장에 연결됩니다.때로는 리모컨의 약한 신호지와 본체의 아날로그지 사이의 관계를 구분하기 위해 센서의 땅을 신호지라고도 한다.컴퓨터에서 각종 디지털 회로의 제로 전위로서 디지털 지면은 아날로그와 분리되어 디지털 펄스가 아날로그 신호에 대한 방해를 피해야 한다.시스템 접지는 상술한 접지의 최종 반환점이며, 직접 땅에 연결하여 제로 전위를 참고로 한다.교류지는 컴퓨터 교류 전원의 전원 코드지 또는 0선으로 그 0전위는 매우 불안정하다.교류 지상의 어떤 두 점 사이에는 보통 몇 볼트, 심지어 몇 십 볼트의 전세차가 존재한다.또한 통신 영역도 다양한 간섭에 취약합니다.그러므로 교류접지는 상술한 접지와 절대 련결되여서는 안되며 교류전력변압기의 절연성능이 량호해야 하며 반드시 루전현상을 피해야 한다.보호 접지는 보안 접지, 섀시 접지 또는 차폐 접지라고도 합니다.그 목적은 설비의 섀시와 접지 등 전위를 만들어 섀시가 전기를 띠어 인원과 설비의 안전에 영향을 주는 것을 방지하는 것이다.

지선의 분류와 기능을 파악한 후, PCB의 지선을 분류하고 그에 상응하는 조치를 취하여 지선을 설계할 필요가 있다.예를 들어, TTL과 CMOS 부품의 지선은 원형이 아니라 방사형이어야 합니다.인쇄회로기판의 지선의 너비는 통과 전류의 크기에 따라 3mm 이상이어야 하며, 가능하다면 지선이 넓을수록 좋다;바이패스 콘덴서의 접지선은 길어서는 안 되며, 가능한 한 짧아야 한다;큰 전류의 제로 전위 접지선은 가능한 한 넓어야 하며, 작은 신호의 땅과 분리되어야 한다.10장에서 PCB 접지 설계의 요구 사항을 참고하여 설계할 수 있는 설계 원칙과 방법도 있다.

접지 도체와 그 연결 방법을 합리적으로 선택하기 위해 우리는 표1에 따라 접지를 도킹하여 몇 가지 분류를 진행하였다.

표 1 접지 분류

또 하나 주의해야 할 문제는 PCB 설계에서 참조 평면의 처리인데 이는 PCB의 품질에 직접적인 영향을 줄 것이다.일반적으로 다음과 같은 몇 가지 방법으로 처리할 수 있습니다.

1) 전원 평면이 지평면에 가까운(고주파 회로에만 해당): 100MHz보다 큰 경우와 같이 회로의 작동 빈도가 높을 때 전원 평면은 지평면에 가까우므로 전원 평면과 지평면 사이의 용량 결합을 최대화하고 전원 소음을 감소시킵니다.

2) 여러 접지 평면이 구멍을 통해 연결됨: PCB에 여러 접지층이 있을 경우 더 많은 분산된 구멍을 사용하여 접지 평면을 보드에 연결해야 한다. 특히 신호가 집중되고 레이어가 변경될 경우 더욱 그렇다.짧은 루프를 제공하고 레이어 변화 신호에 대한 복사를 줄입니다.그림 1에서 볼 수 있듯이 접지 평면은 평면 원주의 구멍을 통해 연결되어 있어 PCB의 외부 복사를 효과적으로 줄일 수 있다.

그림 1 연결 통과

3) 조건이 허락하는 상황에서 20H 원리를 채택한다: 전원층과 접지층 사이의 전장에 변화가 발생하기 때문에 전자기 간섭은 판의 가장자리에서 밖으로 복사된다. 이것이 바로 가장자리 효과이다.해결책은 전력층을 축소하여 전장이 접지층 내에서만 전도되도록 하는 것이다.H(전원과 바닥 사이의 매체 두께) 단위로 수축률이 20H이면 전장의 70%를 지상층 가장자리로 제한할 수 있다.수축률이 100H이면 전장의 98%를 제한할 수 있습니다.20H 원리를 구현할 때는 최소 신호 루프와 연속 신호 임피던스를 우선적으로 충족시켜야 합니다.즉, 전원 평면이 축소될 때 인접한 신호층이 전원 평면의 가장자리에 흔적선이 있으면 이 범위 내에서 20H 원리를 무시하여 신호가 교차하지 않도록 할 수 있으며 전원 평면의 경계가 신호선 위치로 확장되어야 한다.

4) 신호 격리층으로 접지층 추가: 신호층이 많아 격리층이 필요할 때 전원층이 아닌 격리층으로 지평면을 추가하는 것이 좋다.

5) 평면 확장 제어: 전원 접지 평면을 설계할 때 다양한 유형의 회로에서 참조 평면이 겹치지 않도록 평면의 확장 면적을 제어합니다.또한 평행대 전기 평면 사이에 커패시터 결합이 있습니다.그림 2에서 볼 수 있듯이 아날로그 전원 평면 analog P와 디지털 접지 평면 digital G 사이에는 상호 결합이 존재합니다.

제어 항공기의 확장 영역 그림 2 제어 항공기의 확장 영역