Технология PCB - Принципы классификации и выбора заземления высокоскоростных конструкций PCB

По мере развития электронных технологий функции электронных продуктов становятся все более мощными. Дизайн PCB играет важную роль в проектировании электронных продуктов, поскольку качество дизайна PCB напрямую влияет на реализацию функций продукта.

При проектировании электроники не сложно спроектировать схему PCB для выполнения своих функций. Трудность заключается в том, что он не подвержен различным воздействиям (например, изменениям температуры и влажности, изменениям давления воздуха, механическим ударам, коррозионным воздействиям и т. Д.). Для обеспечения непрерывного обслуживания нормальной стабильной работы мы будем применять различные методы проектирования или производственные процессы для устранения или уменьшения этих эффектов. Как мы все знаем, конструкция заземления является основой проектирования системы, хорошее заземление является предпосылкой безопасной и стабильной работы системы. Сегодня мы поговорим о методах заземления в высокоскоростном дизайне PCB.

Конструкция заземления PCB:

В широком смысле заземление включает в себя два значения: заземление и виртуальное заземление. Заземление означает связь с землей; Соединение с виртуальным местом относится к соединению с точкой отсчета потенциала. Когда опорная точка изолирована от геоэлектричества, она называется плавучим соединением. Заземление имеет две цели: во - первых, обеспечить стабильную и надежную работу системы управления и предотвратить помехи, вызванные контуром заземления, то есть то, что обычно называют рабочим заземлением; Другой способ - защитить операторов от риска поражения электрическим током из - за повреждения или падения изоляции устройства и обеспечить безопасность устройства, называемого защитным заземлением.

Принципы выбора заземления:

Для данного устройства или системы он считается высокочастотной схемой при максимальной заинтересованной частоте (соответствующей длине волны), когда длина линии передачи L > in, в противном случае он считается низкочастотной схемой.

(1) Низкочастотные схемы (< 1 МГц), рекомендуется одноточечное заземление;

(2) высокочастотные схемы (> 10 МГц), рекомендуется использовать многоточечное заземление;

(3) Высокочастотная гибридная схема, смешанное заземление, применимый диапазон рабочих частот обычно 500 кГц - 30М

Подключение PCB:

Одноточечное заземление: заземление всех цепей соединяется с одной и той же точкой на плоскости заземления и делится на последовательное и параллельное одноточечное заземление.

Одноточечное заземление означает, что во всей системе только одна физическая точка определяется как точка отсчета заземления, к которой подключены все другие точки, требующие заземления.

Одноточечное заземление подходит для схем с низкой частотой (менее 1 МГц). Если рабочая частота системы настолько высока, что рабочая длина волны равна длине провода заземления системы, проблема заключается в одноточечном заземлении. Когда длина наземной линии приближается к 1 / 4 длины волны, это похоже на короткозамкнутую линию передачи. Электрический ток и напряжение земной линии распределены в стоячей волне, а наземная линия становится радиационной антенной и не может играть роль « земли».

Чтобы уменьшить сопротивление заземления и избежать излучения, длина заземления должна быть меньше 1 / 20 длины волны. При обработке цепей питания обычно можно рассмотреть одноточечное заземление. Для PCB с большим количеством цифровых схем, как правило, не рекомендуется использовать метод одноточечного заземления из - за его изобилия гармоник высокого порядка.

Многоточечное заземление

2. Многоточечное заземление: заземление для всех цепей близко, заземление короткое, подходит для высокочастотного заземления.

Многоточечное заземление означает, что каждое место заземления в устройстве подключено непосредственно к ближайшей плоскости заземления, что делает длину заземленного провода самой короткой.

Многоточечная схема заземления имеет простую структуру, и на линии заземления значительно уменьшаются возможные высокочастотные стационарные волны. Подходит для случаев с более высокой рабочей частотой (> 10 МГц). Однако многоточечное заземление может привести к образованию множества контуров заземления внутри устройства, тем самым уменьшая сопротивление устройства внешнему электромагнитному полю. Если несколько точек заземления, обратите внимание.

Проблемы преднамеренного цикла, особенно при подключении к сети различных модулей и устройств. Электромагнитные помехи, вызванные контуром заземления:

В идеале заземление должно быть физическим объектом с нулевым потенциалом и нулевым сопротивлением. Однако фактические заземления сами по себе имеют компоненты сопротивления и реактивности. Когда ток течет через заземление, напряжение падает. Заземление будет формировать контуры с другими соединениями (сигналами, силовыми линиями и т. Д.). Когда переменное электромагнитное поле связано с контуром, оно будет находиться в контуре заземления.

В середине индукционная электродвижущая сила генерируется и связывается с нагрузкой через цепь заземления, которая представляет потенциальную угрозу EMI.

Смешанное заземление: смешивание одноточечного и многоточечного заземления.

Как правило, все модули комбинируют два способа заземления и используют смешанное заземление для завершения соединения между линией заземления схемы и заземлением.

Если вы не выбираете использовать всю плоскость в качестве общего заземления, например, когда сам модуль имеет две линии заземления, необходимо разделить плоскость заземления, которая обычно взаимодействует с плоскостью питания. Обратите внимание на следующие принципы:

(1) Выровнять плоскость таким образом, чтобы избежать дублирования несвязанных плоскостей питания и плоскостей заземления, которые в противном случае могут привести к сбоям и взаимным помехам на всех плоскостях заземления;

(2) В высокочастотном случае связь между слоями осуществляется через паразитную емкость платы;

(3) Сигнальные линии между плоскостями заземления (например, цифровыми плоскостями заземления и аналоговыми плоскостями заземления) соединяются через наземный мост, чтобы настроить ближайший путь возврата через ближайший проходной отверстие.

(4) Избегать работы высокочастотных трасс, таких как часовые линии, вблизи плоскости изолированного заземления, что может привести к нежелательному излучению.

(5) Сигнальные линии и их кольца образуют как можно меньшую площадь кольца, также известную как правило минимального кольца; Чем меньше площадь кольца, тем меньше внешнее излучение и тем меньше помехи от внешнего мира. При разделении заземления и сигнальной проводки следует учитывать распределение заземления и важных сигнальных следов, чтобы предотвратить проблемы, вызванные прорезью в заземлении.

4. Плавающие участки:

Плавающее заземление означает способ заземления между системой заземления оборудования и геоэлектрической изоляцией.

Из - за некоторых недостатков самого плавающего пространства он не подходит для больших систем в целом, и его метод заземления редко используется