PCB Блог - Помехи и подавление заземляющего провода печатных плат

В конструкции печатных плат, особенно в высокочастотных цепях, часто встречаются нарушения и аномалии из-за помех от линии земли. В этом документе анализируются причины помех от грозозащитного троса, подробно рассматриваются три типа помех от грозозащитного троса и предлагаются решения, основанные на практическом опыте. Эти методы защиты от помех достигли хороших результатов в практическом применении, позволив некоторым системам успешно работать в полевых условиях. В монолитной системе плата PCB (печатных плат) является важным компонентом, используемым для поддержки компонентов схемы и обеспечения электрических соединений между компонентами схемы и устройствами. В процессе проведения должен быть определенный импеданс. Составляющая индуктивности в проводе будет влиять на передачу сигнала напряжения, а составляющая сопротивления будет влиять на передачу сигнала тока. Влияние индуктивности особенно серьезно в высокочастотной линии. необходимо принимать во внимание и учитывать влияние сопротивления земли.

1. Причина вмешательства

Сопротивление и импеданс - два разных понятия. Сопротивление относится к сопротивлению провода току в состоянии постоянного тока, импеданс - Сопротивление провода к току в режиме измерения тока, которое в основном вызвано индуктивностью провода. Вследствие того, что рассмотрение всегда имеет полное сопротивление, при измерении заземляющего провода мультиметром сопротивление заземляющего провода обычно составляет ммОм. Взяв в качестве примера кусок провода длиной 10 см, шириной % 1,5 мм и толщиной 50 мкм на печатной плате, полное сопротивление можно получить расчетным путем. R=Ï L/s(Ω), где L - длина провода (м), s - площадь поперечного сечения провода (мм2), а Ï - удельное сопротивление Ï =0,02, поэтому значение сопротивления провода около 0,026 Ом. Когда отрезок провода находится далеко от других проводов и его длина намного больше ширины, коэффициент самоиндукции проводов составляет 0,8 мкГн/м, то индуктивность провода длиной 10 см равна 0,08 мкГн. Затем рассчитайте индуктивное сопротивление провода по следующей формуле: XL=2мкfL, в формуле, f – частота (Гц) сигнала, проходящего через провод, а L – удельная собственная индуктивность провода. длина (Н). следовательно, в реальной оценке вычисляется соответственно индуктивное сопротивление проводов при низкой и высокой частоте, сигнал, вызывающий электромагнитные помехи обычно, импульсный, и импульсный сигнал содержит богатые высокочастотные компоненты, поэтому он будет генерировать большое количество помех на заземляющем проводе. Напряжение. из расчета вышеприведенной формулы видно, что при передаче сигналов напряжения сопротивление провода превышает индуктивность проводника. Для цифровых схем частота работы схем очень высока, а индуктивность провода намного больше, чем сопротивление провода в высокочастотных сигналах. Поэтому влияние импеданса земли на цифровые цепи очень велико. Вот почему при пропадании тока через маленькое сопротивление возникает большое падение напряжения, в результате чего цепь работает ненормально.

2. Механизм помех заземления

2.1 Помехи контура заземления

Помехи контура заземления — относительно распространенное явление помех, которое часто возникает между устройствами, соединенными длинными кабелями и находящимися далеко друг от друга. главная причина электромагнитных помех в обнаружении - устойчивость восприятия. Когда ток протекает через заземляющий провод, напряжение нарастает на линию, которая является шумом заземляющего провода. привода от этого напряжения будет генерироваться ток контура заземления, приводящий к помехам цепи в обнаружении. Помехи контура заземления: Из-за разных потенциалов заземления двух устройств возникает напряжение, формирующее образование. привод от этого напряжения, ток течет между петлей, образованной "устройством 1, межсоединённым кабелем, устройством 2, "и земля". Из-за разбаланса цепи, разницы тока на корню проводов, поэтому будет генерироваться дифференциальное напряжение, Поскольку помехи контура заземления вызываются током контура заземления, явление интерференции исчезает, обнаружение контура было отключено из-за проявления проявления. низкочастотных помех.

2.2 Общие помехи импеданса

В цифровых цепях из-за высокой частоты сигнала заземляющий провод часто имеет большой импеданс. В настоящее время, когда несколько цепей совместно используют участок заземляющего провода, по сопротивлению рассмотрения, потенциал заземления одной цепи будет модулировать рабочий ток другой цепи, сигнал в одной цепи будет связан с другим, эта связь называется общим импедансом. связь. Решение проблемы связи с общим сопротивлением решается в снижении сопротивления общей линии или использование одноточечного заземления для полного устранения общего импеданса, Это явление интерференции. Рисунок 2 представляет собой простую схему с четырьмя вентилями. Допустим, уровень выхода на вентиль 1 с настройкой, паразитная емкость в цепи (иногда на входе вентиля 2 имеется фильтрующий конденсатор) будет разряжаться на провод заземления через вентиль 1. Пиковое напряжение генерируется на линии заземления. Если выход из двери 3 ниже, пиковое напряжение будет передаваться на выходной контакт логического элемента 3 и входной контакт логического элемента 4. Если амплитуда пикового напряжения превышает порог шума на двери 4, это вызовет неисправность двери 4.

2.3 Помехи электромагнитной связи контура заземления

«Контур заземления» будет окружать определенную область. по закону электромагнитной инфекции, если возникает изменяющееся магнитное поле в области, окруженной петлей, индуктивный ток, вызывающий помехи. изменение регистрируемого магнитного поля последовательно, поэтому чем больше закрытая площадь, тем серьезнее интерференция.

3. Методы устранения помех от заземляющего провода
3.1 Устранение помех контура заземления
Есть три основных идеи по устранению помех от контура заземления: первая заключается в уменьшении импеданса заземляющего провода. Второй метод заключается в изменении структуры заземления, соединении объединения в одном аппарате с другим и заземлении через другое шасси, это концепция одноточечного приземления. В-третьих, увеличить импеданс контура заземления, уменьшить таким образом ток контура обзора. Когда импеданс бесконечен, контур наблюдения фактически перерезан, т.е. Таким образом, для создания помех в цепи может быть выбрано следующее.
1) Поднимите устройство с одной стороны
Если одна сторона цепи остается плавающей, видимый контур отключается, что устраняет ток контура заземления. Но есть два вопроса, которые требуют внимания. Во-первых, из соображений безопасности Недопустимое колебание цепи. В этом случае следует рассмотреть возможность наличия устройства через индуктор. Таким образом, полное обнаружение устройства обнаружения тока 50 Гц очень маленькое, а для сигнала помехи с более высокой частотой - обнаружение оборудования, что снижает ток контура заземления. Но это только высокочастотные помехи. Еще одна проблема заключается в том, что, несмотря на то, что устройство плавает, паразитарная емкость между выявлением и выявлением случаев. Эта емкость обеспечивает более низкий импеданс на более высоких частотах и, следовательно, не снижает эффективно высокочастотный ток контура заземления.

2) Используйте трансформатор
Основным методом устранения помех от контура заземления является отключение контура заземления. разделительный трансформатор, а передача сигнала между двумя устройствами осуществляется за счет связи по магнитному полю, обеспечивающей прямое соединение. В это время напряжение на обнаруженной линии воспламеняется между первичными и вторичными трансформаторами, а не на входном конце цепи. один из вариантов эффективности высокочастотной передачи трансформаторов - установить экранирование между первичными и вторичными трансформаторами. Однако следует иметь в виду, что заземляющий конец экранного слоя изолирующего трансформатора должен находиться в приемном конце цепи. иначе, это не только не улучшит эффект высокочастотной изоляции, но и усилит высокочастотную связь. Следовательно, трансформаторы должны быть установлены на устройства приемов сигналов. Метод трансформаторной изоляции имеет некоторые недостатки: он не может возвращать постоянный ток, он громоздкий и имеет высокую стоимость. Из-за паразитной емкости между первичной и вторичной обмотками трансформатора изоляция под высокой частотой.
3) Используйте элементы оптической изоляции
Передача сигналов с помощью света является идеальным решением проблем контура заземления. Как показано на диаграмме 3, паразитная емкость устройства оптопары составляет около 2 пФ, что так его можно изолировать на очень высоких частотах. Если используется оптическое волокно, проблема без паразитной емкости и может быть получен очень совершенный эффект изоляции. Однако использование оптических волокон повлечет за собой другие проблемы, такие как необходимость большей мощности, потребность в большем количестве периферийных устройств, линейность и содержание диапазона оптических соединений, которые не соответствуют требованиям устойчивых сигналов, а установка и обслуживание оптических кабелей усложняются. в эксплуатации обратите внимание на использование компонентов оптической изоляции.

4) Используйте синфазный дроссель
Напряжение провода заземления на самом деле представляет собой синфазное напряжение, ток потока в кабеле представляет собой сопутствующее напряжение. Использование синфазного дросселя на соединительном кабеле эквивалентно увеличению импеданса контура заземления, уменьшению тока цепи в обнаружении под значительным напряжением напряжения. Но обратите внимание на контроль паразитной емкости синфазного дросселя, В данном случае изоляция высокочастотных помех имеет плохой эффект. Чем больше витков синфазного дросселя, тем больше паразитная емкость, тем больше разность высокочастотной передачи.
5) Подавление помех контура заземления балансной схемой
Сбалансированная цепь определяется как два проводника и цепь, которую они соединяют, чтобы иметь одинаковый импеданс по отношению к проводу заземления или другому эталонному объекту. трудно сбалансировать на высоких частотах, и реальная цепь будет иметь много паразитных факторов, паразитная емкость, индуктивность и т.д. Эти параметры играют большую роль в сопротивлении цепи на более высоких частотах. Из-за неопределенности этих паразитных параметров полное сопротивление цепи также не определено, поэтому трудно гарантировать, что импеданс двух проводников будет точно одинаковым. Следовательно, на высоких частотах схема балансировки обычно бывает плохой, а это означает, что балансная схема плохо подавляет интерференцию тока контура заземления с более высокими частотами.

3.2 Устранение общей связи импеданса
Есть два способа устранить общую связь импеданса. Во-первых, снижение сопротивления общей линии приземления, так что напряжение на общем проводе заземления также снижается, связь с сопротивлением. Другой метод заключается в том, чтобы избежать общего провода заземления цепей, которые подвержены взаимным помехам, с помощью соответствующих методов заземления. В общем, наблюдается повсеместное обнаружение силовых и слабых контуров, а также общий провод заземления цифровых и аналоговых цепей. недостаток альтернативного рассмотрения - слишком много рассмотренных проводов. Следовательно, фактически нет необходимости заземлять все цепи в одной точке параллельно. схема меньше помех друг другу, можно использовать одноточечное последовательное заземление. например, схемы могут быть классифицированы в соответствии с сильными сигналами, слабым сигналом, аналоговыми сигналами, цифровым сигналом и т. д. 5 показано. при частоте сигнала ниже 1 мГц можно использовать одноточечный метод заземления, чтобы предотвратить образование петли. при частоте сигнала выше 10 МГц используйте многоточечное заземление для максимально возможного снижения импеданса заземляющего провода. линии обнаружения и обнаружения должны быть как можно ближе к линии, чтобы уменьшить площадь замкнутого контура, уменьшить, уменьшить помехи поля от сдвига кольца образования поля, а также уменьшить внешнее электромагнитное излучение контура. Как упоминалось выше, проблема снижения импеданса заземляющего провода заключается в уменьшении индуктивности заземляющего провода. Вы можете использовать плоский проводник в качестве заземляющего провода или использовать несколько параллельных проводников, расположенных далеко друг от друга, в качестве заземляющего провода. Для печатной платы укладка сетки заземляющего провода на двухслойную плату может эффективно снизить импеданс заземляющего провода. в многослойной пластине в качестве заземляющего провода можно использовать специальный слой для снижения импеданса.

4. Вывод
Защита от помех является важной частью конструкции однокристальной системы, ее качество часто достигает успеха всей системы. Что касается заземления, многие монографии по электромагнитной фольге подробно освещаются. Тем не менее, метод заземления должен быть выбран экспериментальным путем, а помехи от грозозащитного провода также должны быть обнаружены и устранены экспериментальным путем. В этом документе представлены причины и способы устранения помех, создаваемых заземляющим проводом, а также объясняются общие методы и принципы проектирования заземляющего провода. только под влиянием теории, после продолжительного процесса испытаний и накопления опыта, более широкое использование средств разработки систем исследования и помех, с тем чтобы лучше повысить надежность печатных плат Работа.