Дизайн PCB - метод управления помехами от заземления при проектировании платы

метод управления помехами от заземления при проектировании платы

определение горизонта

PCB factory: what is a ground wire? линия горизонта, которую каждый учит в учебнике, определяется как эквипотенциальная точка, используемая в качестве опоры электрической цепи. Это определение не соответствует действительности. The potential on the actual ground wire is not constant. если вы используете электрические часы для измерения потенциала между точками на линии земли, you will find that the potentials of the points on the ground line may vary greatly. Именно эти разности потенциалов привели к аномальной эксплуатации цепи. The definition of a circuit as an equipotential body is only people's expectation of ground potential. Генри Дал более реалистичное определение линии. He defined the ground wire as a low-impedance path for the signal to flow back to the source. определение подчеркнуло ток в заземлении. According to this definition, причина разности потенциалов в заземленной линии легко понять. Because the impedance of the ground wire will never be zero, когда ток проходит через конечное сопротивление, a voltage drop will occur. поэтому, we should imagine the potential on the ground wire as waves in the sea, один за другим. (проектирование PCB)

2. Ground impedance

Talking about the potential difference between the points on the ground wire caused by the impedance of the ground wire can cause the circuit to malfunction, многим кажется невероятным: когда мы измеряем сопротивление земной линии омметром, сопротивление заземления обычно миллиом. How can such a large voltage drop occur when the current flows through such a small resistance, приводить к аномалии в работе схемы.

3. Ground interference mechanism

3.1 Common impedance interference When two circuits share a section of ground wire, потенциал заземления одной цепи будет модулирован рабочим током другой цепи из - за сопротивления заземления. сигнал в этой цепи будет связан с другой схемой, this coupling is called common impedance coupling.

в цифровых схемах, due to the high frequency of the signal, заземление обычно показывает большое сопротивление. At this time, если есть разные схемы на одном участке, the problem of common impedance coupling may occur

4. реакция контура заземления 4.1 показывает механизм помех в заземляющем контуре, что помехи в заземляющем контуре уменьшаются, если ток в заземляющем контуре уменьшается. если полностью устранить ток в цепи заземления, то можно полностью устранить помехи в цепи заземления. Поэтому мы предлагаем следующие пути устранения помех в цепи заземления.

А. плавучие устройства на одном конце, если одна цепь плавится, контуры заземления отключаются, что устраняет ток в цепи заземления. Но есть два вопроса, на которые необходимо обратить внимание. Во - первых, по соображениям безопасности схемы обычно не позволяют перемещаться. при этом рассматривается возможность заземления устройства через индуктор. Таким образом, для устройства переменного тока 50Hz полное сопротивление заземления очень маленькое, а для сигналов помех более высокой частоты более сильное сопротивление заземления устройства, что снижает ток в цепи заземления. Но это только снижает высокочастотные помехи для заземления. Другая проблема заключается в том, что, несмотря на то, что оборудование плавает, между оборудованием и землей все еще существует паразитная емкость. Эта емкость обеспечивает низкое сопротивление при высокой частоте и поэтому не может эффективно снижать ток в цепи высокочастотного заземления.

использование трансформаторов для обеспечения связи между оборудованием. для отключения тока в заземлённом контуре используется магнитная цепь, соединяющая два устройства. Вместе с тем следует отметить, что паразитная емкость между первичными и вторичными трансформаторами по - прежнему обеспечивает путь к току в высокочастотном контуре заземления, поэтому метод изоляции трансформаторов менее эффективен, чем подавление тока в высокочастотном контуре заземления. одним из способов повышения эффективности высокочастотной изоляции трансформаторов является установка экранов между первичными и вторичными трансформаторами. Однако следует иметь в виду, что заземляющий конец экранной защиты от трансформаторов должен находиться в конце приемной цепи. В противном случае не только не повысится эффективность высокочастотной изоляции, но и усилится высокочастотная связь. Поэтому трансформаторы должны быть установлены на стороне устройства приёма сигналов. Хорошо защищенные трансформаторы могут обеспечивать эффективную изоляцию на частотах ниже 1 МГц.

С. другой способ отключения заземляющего контура с помощью фотоизолятора - это использование света для передачи сигналов. Это можно назвать идеальным способом решения проблемы помех в цепи заземления. оптическое соединение состоит из двух методов: оптических средств связи и оптических волоконно - оптических соединений. паразитная емкость оптической связи обычно составляет 2pf, что обеспечивает хорошую изоляцию при очень высоких частотах. на волоконно - оптических приборах практически нет паразитных емкостей, но они менее эффективны с точки зрения установки, обслуживания и затрат.

использование синфазеров. использование синфазного дросселя на соединительном кабеле равносильно увеличению сопротивления заземляющего контура, с тем чтобы при определённом напряжении заземления ток заземления был сокращен. Однако следует обратить внимание на паразитную емкость для регулирования синфазного дросселя, иначе помехи высокой частоты будут иметь плохой эффект изоляции. Чем больше синфазный дроссель, тем больше паразитная емкость, тем меньше эффект высокочастотной изоляции.

4.2 Elimination of Common Impedance Coupling There are two ways to eliminate common impedance coupling. Во - первых, снижение сопротивления общей линии приземления, so that the voltage on the common ground wire is also reduced, связь с общим сопротивлением. Another method is to avoid the common ground wire of circuits that are easy to interfere with each other through proper grounding. В общем, avoid the common ground wire of strong and weak current circuits, общее заземление цифровых и аналоговых схем. Как отмечалось выше, the core problem of reducing the impedance of the ground wire is to reduce the inductance of the ground wire. Это включает использование плоского проводника в качестве геоида, and using multiple parallel conductors that are far apart as a ground wire. потому печатная плата, laying a ground wire grid on a double-layer board can effectively reduce the ground wire impedance. In a multilayer board, a special layer of ground wire has a small impedance, Но это увеличит стоимость платы. . The grounding method to avoid common impedance through proper grounding method is parallel single-point grounding. недостаток параллельного заземления - слишком много заземления. Therefore, фактически, it is not necessary for all circuits to be connected in parallel with single-point grounding. схема меньше помех друг другу, single-point grounding in series can be used. например, the circuits can be classified according to strong signals, слабый сигнал, analog signals, цифровой сигнал, etc., одноточечное заземление в аналогичных схемах, and single-point grounding in parallel for circuits of different types.

в общих чертах главной причиной электромагнитных помех в линии PCB является импеданс линии. когда ток протекает через заземленную линию, на ней возникает напряжение, и это шум заземления. при приводе этого напряжения возникает ток в цепи заземления, образуется помеха в цепи заземления. когда две цепи соединяются на одном участке, образуется общая импедансная связь. устранение помех в цепи заземления включает в себя отключение контура заземления, увеличение сопротивления контура заземления и использование балансирующих схем. Решение вопроса о связи с общим сопротивлением может быть достигнуто путем снижения сопротивлений в части общего заземления или путем полного устранения сопротивлений при соединении с одной точкой.