Data PCB - Kaedah analisis dan penindasan gangguan wayar tanah dalam pendawaian PCB

1.Takrif dawai tanah 

Di manakah dawai tanah Papan PCB? Definisi wayar tanah yang semua orang belajar dalam buku teks adalah: wayar tanah adalah tubuh yang berpotensi yang berkhidmat sebagai titik rujukan potensi sirkuit. Definisi ini tidak sesuai dengan situasi sebenar. Potensi pada wayar tanah sebenar tidak konstan. Jika anda menggunakan meter untuk mengukur potensi antara titik di garis tanah, anda akan mendapati bahawa potensi setiap titik di garis tanah mungkin berbeza sangat. Ini adalah perbezaan potensi yang menyebabkan operasi abnormal sirkuit. Definisi sirkuit menjadi tubuh yang berpotensi adalah hanya harapan seseorang terhadap potensi tanah. HENRY memberikan definisi yang lebih realistik kawat tanah, ia menentukan wayar tanah sebagai: laluan impedance rendah bagi isyarat untuk mengalir kembali ke sumber. Aliran semasa dalam wayar tanah ditandai dalam definisi ini. Menurut definisi ini, mudah untuk memahami sebab perbezaan potensi dalam kawat tanah. Kerana pengendalian kawat tanah tidak pernah sifar, apabila arus mengalir melalui impedance terbatas, titik tegangan berlaku. Oleh itu, kita patut bayangkan bahawa potensi di kawat tanah seperti gelombang di laut, satu demi satu.

2. The impedance of the ground wire
When it comes to the potential difference between the points on the ground wire caused by the impedance of the ground wire, ramai orang menganggapnya tidak dapat diterima: apabila kita mengukur perlawanan wayar tanah dengan ohmmeter, perlawanan wayar tanah sering berada pada aras miliohm, Bagaimana boleh turun tegangan besar seperti ini berlaku apabila arus mengalir melalui resistor kecil seperti ini, menyebabkan sirkuit berfungsi secara tidak biasa. Untuk memahami masalah ini, kita mesti pertama-tama membedakan dua konsep yang berbeza tentang perlawanan dan penghalangan wayar. Keperlawanan merujuk kepada perlawanan wayar kepada semasa dalam keadaan DC, dan impedance merujuk kepada perlawanan wayar kepada semasa dalam keadaan AC, yang sebahagian besar disebabkan oleh induktan wayar. Setiap wayar mempunyai induksi, dan apabila frekuensi tinggi, kekuatan wayar jauh lebih besar daripada perlawanan DC. Dalam sirkuit praktik, isyarat yang menyebabkan gangguan elektromagnetik adalah isyarat denyut, dan isyarat denyut mengandungi komponen frekuensi tinggi yang kaya, jadi tekanan besar akan dijana pada wayar tanah. Untuk sirkuit digital, frekuensi operasi sirkuit sangat tinggi, jadi kesan kemudahan wayar tanah pada sirkuit digital sangat besar. Jika impedance pada 10Hz kira-kira dianggap sebagai resistensi DC, ia boleh dilihat apabila frekuensi mencapai 10MHz, untuk wayar panjang 1 meter, Impedannya adalah 1000 hingga 100,000 kali lipat resistensi DC. Jadi untuk RF semasa, apabila semasa mengalir melalui wayar tanah, tekanan turun besar. Ia juga boleh dilihat dari jadual bahawa meningkatkan diameter wayar sangat berkesan dalam mengurangi resistensi DC, tetapi mempunyai kesan terbatas untuk mengurangi impedance AC. Tetapi dalam kompatibilitas elektromagnetik, orang bimbang tentang kekuatan AC. Untuk mengurangi impedance AC, cara yang berkesan ialah menyambung kabel berbilang secara selari. Apabila dua wayar disambung secara selari, the total inductance L is: L = ( L1 + M ) / 2 di mana L1 adalah induktan wayar tunggal, dan M adalah induksi antara dua wayar. Ia boleh dilihat dari formula bahawa apabila dua wayar jauh terpisah, induksi antara mereka sangat kecil, dan total induktan sama dengan separuh induktan satu wayar. Oleh itu, kita boleh mengurangi kekurangan tanah melalui beberapa kawat tanah. Tetapi perlu dikatakan bahawa jarak antara kabel berbilang tidak boleh terlalu dekat.

3. Ground wire interference mechanism
3.1 Ground loop interference
Because of the ground wire impedance, apabila semasa mengalir melalui wayar tanah, a voltage is generated on the ground wire. Tengah ini boleh besar bila arus besar. Contohnya, apabila peralatan elektrik kuasa tinggi dimulakan dekat, arus kuat akan mengalir melalui wayar tanah. Semasa ini mencipta semasa dalam kabel yang menyambung antara dua peranti. Kerana ketidakseimbangan litar, semasa pada setiap wayar berbeza, jadi tekanan mod berbeza akan dijana, yang akan mempengaruhi litar. Oleh kerana gangguan ini dijana oleh semasa loop bentuk oleh kabel dan wayar tanah, ia menjadi gangguan loop tanah. Semasa dalam loop tanah juga boleh disebabkan oleh medan elektromagnetik luaran.

3.2 Common Impedance Interference
When two circuits share a ground wire, potensi tanah satu sirkuit akan diubahsuai oleh arus operasi sirkuit lain disebabkan impedance wayar tanah. Isyarat dalam sirkuit seperti ini dipasang ke sirkuit lain, dan pasangan ini dipanggil pasangan impedance biasa. Dalam sirkuit digital, kerana frekuensi tinggi isyarat, wayar tanah sering menghasilkan keterangan besar. Pada masa ini, jika ada sirkuit yang berbeza berkongsi seksyen wayar tanah, masalah pasangan impedance biasa mungkin berlaku. Menganggap aras output pintu 1 berubah dari tinggi ke rendah, the parasitic capacitance in the circuit (sometimes there is a filter capacitor at the input of gate 2) will discharge to the ground wire through gate 1. Kerana pengendalian wayar tanah, current discharge will be A peak voltage is generated on the ground line. Jika output pintu 3 rendah pada masa ini, tensi puncak akan dihantar ke terminal output pintu 3 dan terminal input pintu 4. Jika amplitud tegangan puncak ini melebihi bunyi ambang pintu 4, ia akan menyebabkan gangguan pintu 4.

4. Ground wire interference countermeasures
4.1 tindakan lawan loop tanah Ia boleh diketahui dari mekanisme gangguan loop tanah bahawa gangguan loop tanah boleh dikurangkan selama semasa dalam loop tanah dikurangkan. Jika semasa dalam loop tanah boleh dibuang sepenuhnya, masalah gangguan gelung tanah boleh diselesaikan sepenuhnya. Oleh itu, kami cadangkan solusi berikut untuk menyelesaikan gangguan loop tanah.
1) Floating the equipment at one end If the circuit at one end is floated, gelung tanah dipotong, supaya gelung bawah semasa boleh dibuang. Tetapi ada dua masalah yang perlu diperhatikan. Satu adalah kerana alasan keselamatan, sirkuit sering tidak dibenarkan untuk mengapung. Dalam kes ini, consider grounding the device through an inductor. In this way, pengendalian dasar peralatan semasa AC 50Hz sangat kecil, dan untuk isyarat gangguan dengan frekuensi yang lebih tinggi, penghalangan dasar peralatan adalah relatif besar, yang mengurangkan gelung bawah semasa. Tetapi melakukan itu hanya boleh mengurangkan gangguan loop tanah dari gangguan frekuensi tinggi. Masalah lain ialah walaupun peranti sedang mengambang, masih ada kapasitas parasit antara peranti dan tanah. Kapansansi ini menyediakan impedance yang lebih rendah pada frekuensi yang lebih tinggi dan oleh itu tidak mengurangkan secara efektif gelung tanah frekuensi tinggi semasa.
2) Use the transformer to realize the connection between the devices. Guna sirkuit magnetik untuk menyambungkan dua peranti, yang boleh memotong gelung bawah semasa. Namun, patut dikatakan bahawa kapasitas parasit diantara utama dan sekunder pengubah masih boleh menyediakan laluan untuk semasa loop tanah frekuensi tinggi, jadi kaedah pengasingan pengubah mempunyai kesan penghalang yang buruk pada gelung tanah frekuensi tinggi semasa. Salah satu cara untuk meningkatkan kesan izolasi frekuensi tinggi pengubah adalah untuk menetapkan lapisan perisai antara tahap utama dan sekunder pengubah. Namun, mesti dicatat bahawa hujung pendaratan lapisan perisai pengubah izolasi mesti berada di hujung penerimaan sirkuit. Jika tidak, ia tidak hanya gagal untuk meningkatkan kesan izolasi frekuensi tinggi, tetapi juga membuat sambungan frekuensi tinggi lebih serius. Oleh itu, pengubah patut dipasang di sisi peranti penerima isyarat. Pengubah yang dilindungi dengan baik boleh menyediakan pengasingan berkesan pada frekuensi di bawah 1MHz.
3) Using an optical isolator Another way to cut off the ground loop is to use light to transmit signals. Ini boleh dikatakan sebagai penyelesaian ideal untuk masalah gangguan loop tanah. Terdapat dua kaedah untuk sambungan optik, satu adalah peranti optocoupler, dan yang lain ialah sambungan serat optik. Kapensitasi parasit optokoupler biasanya 2pf, yang boleh menyediakan pengasingan yang baik pada frekuensi yang sangat tinggi. Fiber optik hampir tiada kapasitas parasit, tetapi mereka lebih rendah daripada pemasangan opto, Kekal, dan biaya.
4) Using a common mode choke coil The use of a common mode choke coil on the connecting cable is equivalent to increasing the impedance of the ground loop, sehingga arus gelung tanah akan menurun di bawah tindakan tekanan tanah tertentu. Tetapi perhatikan untuk mengawal kapasitas parasitik dari choke mode umum, jika tidak kesan pengasingan pada gangguan frekuensi tinggi adalah sangat lemah. Lebih banyak pusingan mod biasa tersedak, the larger the parasitic capacitance and the worse the high frequency isolation.
4.2 Eliminate common impedance coupling
There are two ways to eliminate the common impedance coupling. Pertama adalah untuk mengurangi pengendalian wayar tanah umum, supaya tekanan pada kawat tanah biasa juga dikurangi, dengan itu mengawal pasangan impedance yang biasa. Kaedah lain adalah untuk menghindari wayar tanah biasa sirkuit yang mudah untuk mengganggu satu sama lain melalui kaedah pendaratan yang sesuai. Secara umum, perlu menghindari wayar tanah berkongsi sirkuit semasa yang kuat dan sirkuit semasa yang lemah, dan litar digital dan litar analog untuk berkongsi wayar tanah. Seperti yang disebutkan tadi, masalah dengan mengurangi pengendalian wayar tanah adalah mengurangi pengendalian wayar tanah. Ini termasuk penggunaan konduktor rata untuk mendarat dan konduktor selari berbilang yang terpisah untuk mendarat. Untuk papan sirkuit dicetak, meletakkan grid wayar tanah pada papan lapisan ganda boleh mengurangi kemudahan wayar tanah. Walaupun satu lapisan digunakan sebagai wayar tanah dalam papan berbilang lapisan, ia mempunyai kekuatan kecil, tetapi ia akan meningkatkan biaya papan sirkuit. . Kaedah pendaratan untuk menghindari penghalangan umum dengan pendaratan yang betul adalah untuk pendaratan titik tunggal secara selari. Kegagalan pendaratan selari adalah bahawa terdapat terlalu banyak wayar untuk tanah. Oleh itu, dalam latihan, tidak diperlukan untuk semua sirkuit didirikan pada satu titik secara paralel. For circuits with less mutual interference, pendaratan titik tunggal dalam siri boleh digunakan. Contohnya, sirkuit boleh diklasifikasikan mengikut isyarat kuat, isyarat lemah, isyarat analog, isyarat digital, dll., dan menggunakan garis satu titik dalam sirkuit yang sama, dan menggunakan pendaratan satu titik selari untuk jenis sirkuit yang berbeza.
5. Summary
Penyebab utama gangguan elektromagnetik dawai tanah adalah impedans dawai tanah. Apabila semasa mengalir melalui wayar tanah, tekanan akan dijana pada wayar tanah, yang merupakan bunyi wayar tanah. Driven by this voltage, gelung tanah semasa akan dijana, yang menghasilkan gangguan gelung tanah. Pemasangan impedance umum berlaku apabila dua litar berkongsi segmen tanah. Kaedah untuk menyelesaikan gangguan loop tanah adalah untuk memotong loop tanah, meningkatkan kekuatan loop tanah, and use a balanced circuit. Solusi untuk pasangan impedance umum adalah untuk mengurangi impedance wayar tanah umum, atau menggunakan sambungan tanah satu titik secara selari untuk menghapuskan pencegahan umum Papan PCB.