Teknik PCB - gangguan dan penghalangan tanah dalam rancangan bentangan PCB

1. Definisi wayar tanah

Dalam rancangan bentangan PCB, apa wayar tanah? Definisi wayar tanah yang semua orang belajar dalam buku teks ialah: wayar tanah adalah tubuh berpotensi yang digunakan 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 titik di garis tanah mungkin berbeza besar. Ini adalah perbezaan potensi yang menyebabkan operasi abnormal sirkuit. Definisi sirkuit sebagai tubuh yang berpotensi adalah hanya harapan orang untuk potensi tanah. HENRY memberikan definisi yang lebih realistik kawat tanah. Dia takrifkan wayar tanah sebagai laluan penghalang rendah untuk isyarat mengalir kembali ke sumber. Definisi ini menyatakan aliran semasa dalam wayar tanah. Menurut definisi ini, mudah untuk memahami sebab perbezaan potensi dalam kawat tanah. Kerana pengendalian wayar tanah tidak akan menjadi sifar, apabila arus melewati pengendalian terbatas, tekanan akan jatuh. Oleh itu, kita patut bayangkan potensi di kawat tanah sebagai gelombang di laut, satu demi satu.

2. Penghalangan kawat tanah

Bercakap tentang perbezaan potensi antara titik di wayar tanah disebabkan oleh impedance wayar tanah, yang boleh menyebabkan sirkuit gagal berfungsi, ramai orang menganggapnya luar biasa: apabila kita menggunakan ohmmeter untuk mengukur resistensi wayar tanah, resistensi wayar tanah sering berada di aras miliohm. Bagaimana boleh turun tegangan yang besar berlaku apabila arus mengalir melalui perlawanan yang kecil, menyebabkan operasi sirkuit yang tidak normal.

3. Mekanisme gangguan tanah

3.1 Kegangguan impedance umum Bila dua litar berkongsi seksyen wayar tanah, potensi tanah satu litar akan diubahsuai oleh aliran kerja sirkuit lain disebabkan impedance wayar tanah. Isyarat dalam sirkuit ini akan disambung ke sirkuit lain, pasangan ini dipanggil menyambung impedance biasa.

Dalam litar digital, kerana frekuensi isyarat yang lebih tinggi, wayar tanah sering menghasilkan impedance yang lebih besar. Pada masa ini, jika ada sirkuit yang berbeza berkongsi bahagian tanah, masalah pasangan impedance biasa mungkin berlaku

4. Tekanan gangguan tanah

4.1 Dalam bentangan rancangan PCB, tindakan lawan loop tanah Dari mekanisme gangguan loop tanah, ia boleh diketahui bahawa selagi arus dalam loop tanah dikurangi, gangguan loop tanah boleh dikurangi. Jika semasa dalam loop tanah boleh dibuang sepenuhnya, masalah gangguan loop tanah boleh diselesaikan sepenuhnya. Oleh itu, kami cadangkan solusi berikut untuk gangguan loop tanah.

A. Mengapung peralatan pada satu ujung. Jika sirkuit pada satu hujung mengapung, loop tanah akan dipotong, jadi arus loop tanah boleh dibuang. Tapi ada dua isu yang perlu diperhatikan. satu ialah kerana alasan keselamatan, sirkuit sering tidak dibenarkan untuk mengapung. Pada masa ini, pertimbangkan mendarat peranti melalui induktor. Dengan cara ini, untuk peralatan semasa AC 50Hz, impedance mendarat sangat kecil, dan untuk isyarat gangguan frekuensi yang lebih tinggi, impedance mendarat peralatan lebih besar, mengurangkan semasa loop tanah. Tetapi melakukan itu hanya boleh mengurangkan gangguan loop tanah dari gangguan frekuensi tinggi. Masalah lain ialah walaupun peranti sedang mengambang, masih ada kapasitasi parasit antara peranti dan tanah. Kapensiensi ini akan menyediakan impedance yang lebih rendah pada frekuensi yang lebih tinggi, jadi ia tidak dapat mengurangkan aliran bawah frekuensi tinggi.

B. Guna pengubah untuk sedar sambungan antara peranti. Guna sirkuit magnetik untuk menyambung dua peranti untuk memotong aliran loop tanah. Tetapi perlu dicatat bahawa kapasitas parasit antara pengubah utama dan sekunder masih boleh menyediakan laluan untuk gelung bawah frekuensi yang lebih tinggi, jadi kaedah izolasi pengubah mempunyai kesan penghalang yang buruk pada gelung bawah frekuensi tinggi. Salah satu cara untuk meningkatkan kesan izolasi frekuensi tinggi pengubah adalah memasang lapisan perisai antara tahap utama dan sekunder pengubah. Tetapi perlu diperhatikan bahawa hujung pendaratan lapisan perisai pengubah izolasi mesti berada di satu hujung sirkuit penerima. Jika tidak, tidak hanya tidak dapat meningkatkan kesan izolasi frekuensi tinggi, tetapi juga boleh membuat sambungan frekuensi tinggi lebih serius. Oleh itu, pengubah patut dipasang di sisi peranti penerima isyarat. Pengubah yang dilindungi dengan baik boleh menyediakan pengasingan efektif pada frekuensi di bawah 1MHz.

C. Cara lain untuk memotong gelung tanah menggunakan isolator optik adalah menggunakan cahaya untuk menyadari penghantaran isyarat. Ini boleh dikatakan sebagai cara yang paling ideal untuk menyelesaikan masalah gangguan loop tanah. Terdapat dua kaedah untuk sambungan optik, satu adalah peranti optikoupler, dan yang lain adalah sambungan dengan serat optik. Kapensitasi parasit optokoupler adalah umumnya 2pf, yang boleh menyediakan isolasi yang baik pada frekuensi yang sangat tinggi. Fiber optik hampir tiada kapasitas parasit, tetapi ia lebih rendah daripada peranti optokoupler dalam terma pemasangan, penyelenggaran, dan kos.

D. Menggunakan mod biasa tersedak pada kabel menyambung sama dengan meningkatkan impedance loop tanah, sehingga di bawah tekanan tanah tertentu, loop tanah

Semasa litar akan berkurang. Tetapi perhatikan untuk mengawal kapasitas parasitik dalam mod biasa tersedak, jika tidak kesan izolasi pada gangguan frekuensi tinggi adalah sangat lemah. Semakin banyak pusingan mod biasa tersedak, semakin besar kapasitasi parasit dan semakin teruk kesan pengasingan frekuensi tinggi.

4.2 Penghapusan pasangan impedance umum Ada dua cara untuk menghapuskan pasangan impedance umum. Satu ialah untuk mengurangi pengendalian wayar tanah umum, sehingga tekanan pada wayar tanah umum juga mengurangi, dengan itu mengawal sambungan pengendalian umum. Kaedah lain adalah untuk menghindari wayar tanah biasa sirkuit yang mudah untuk mengganggu satu sama lain melalui pendaratan yang betul. Secara umum, menghindari wayar tanah umum sirkuit semasa yang kuat dan lemah, dan wayar tanah umum sirkuit digital dan sirkuit analog. Seperti yang disebutkan sebelumnya, masalah utama mengurangkan pengendalian wayar tanah adalah mengurangkan pengendalian wayar tanah. Ini termasuk menggunakan konduktor rata sebagai wayar tanah, dan menggunakan konduktor selari berbilang yang jauh terpisah sebagai wayar tanah. Untuk papan sirkuit cetak, meletakkan grid wayar tanah pada papan lapisan ganda boleh mengurangkan kemudahan wayar tanah secara efektif. Dalam papan berbilang lapisan, lapisan khas wayar tanah mempunyai impedance kecil, tetapi ia akan meningkatkan papan sirkuit PCB resistance. kosong. Kaedah pendaratan untuk menghindari penghalangan umum melalui kaedah pendaratan yang betul adalah pendaratan satu titik selari. Kegagalan pendaratan selari adalah bahawa terdapat terlalu banyak wayar mendarat. Oleh itu, pada praktek, tidak perlu semua sirkuit dihubungkan secara paralel dengan pendaratan titik tunggal. Untuk sirkuit yang kurang gangguan antara satu sama lain, pendaratan titik tunggal dalam siri boleh digunakan. Contohnya, sirkuit boleh diklasifikasikan mengikut isyarat kuat, isyarat lemah, isyarat analog, isyarat digital, dll., dan kemudian menggunakan pendaratan titik tunggal dalam sirkuit dalam sirkuit yang sama, dan pendaratan titik tunggal dalam selari untuk sirkuit jenis berbeza.