電路設計 - PCB接地設計

印刷電路板設計 在電子產品的設計中是不可或缺的，也是最重要的. 的質量印刷電路板設計 將直接影響產品功能的實現. 設計一個 印刷電路板電路 實現其功能. The difficult thing is that it is not affected by various influences (such as temperature and humidity changes, 空氣壓力變化, 機械衝擊, 腐蝕, 等.) and can continue to maintain normal and stable work, 囙此我們將採用各種設計方法或制造技術措施來消除或减少這些影響，以確保 印刷電路板, 如採用較寬的溫度元件，以適應高溫或低溫的使用環境； 儘量使印製板兩側的電路圖案面積相等，防止溫度變化引起印製板翹曲變形； 合理安排印製板上大型和重型部件的位置，設計相應的安裝和固定結構，防止部件因振動而脫落.

首先，最重要的是接地。 眾所周知，接地設計是系統設計的基礎。 良好的接地是系統安全穩定運行的前提。 廣義接地包括兩層含義，即接地和虛擬接地。 接地連接是指與大地的連接； 與虛擬接地的連接是指與潜在參考點的連接。 當參考點與大地電絕緣時，稱為浮動連接。 接地有兩個目的：一是保證控制系統穩定可靠運行，防止接地回路引起的干擾，通常稱為工作接地； 另一種是防止操作員因設備的絕緣損壞或跌落而面臨觸電風險，並保證設備的安全，稱為保護接地。

如果未考慮安全接地, 僅從電路參考點的角度, 接地可分為浮地, 單點接地, 多點接地和混合接地. 浮地的目的是將電路或設備與可能導致迴圈電流的公共接地或公共電線隔離. 這種接地方法的缺點是設備沒有直接接地, 容易產生靜電積聚, 最終會在强放電電流下發生靜電擊穿. 通常的方法是在設備和地面之間連接一個大電阻，以消除靜電的積聚. 單點接地是指在電路中, 只有一個物理點被定義為地面參考點. 多點接地意味著在系統中, 每個接地點都連接到離其最近的接地層, 使接地線的長度最短. 這是唯一實用的接地方法 高頻訊號電路. 一般來說, 頻率低於1MHz時, 最好採用單點接地； 頻率高於10MHz時, 最好採用多點接地； 接地線的長度不得超過1/波長的20, 否則採用多點接地管道. 在正常情况下, 在普通工業控制系統中, 訊號頻率大多小於1MHz, 囙此通常採用單點接地. 混合接地是單點接地和多點接地的組合, 適用的工作頻率範圍一般為500kHz 30MHz.

在電腦控制系統中，它大致分為以下幾種接地：類比接地、數位接地、訊號接地、系統接地、交流接地和保護接地。 類比接地用作感測器、變送器、放大器、A-D和D-A轉換器中類比電路的零電位。 類比信號有精度要求，其訊號相對較小，與生產現場相連。 有時為了區分遙感器的弱訊號接地和主機的類比接地之間的關係，感測器的接地也稱為訊號接地。 由於電腦中各種數位電路的零電位，為了避免數位脈衝對類比信號的干擾，應將數位地與類比地分開。 系統接地是上述接地的最終返回點，並作為參攷零電位直接連接到接地。 交流接地是電腦交流電源的電源線接地或零線，其零電位非常不穩定。 交流接地上的任意兩點之間通常有幾伏甚至幾十伏的電位差。 此外，通信區域也容易受到各種干擾。 囙此，交流接地絕不能與上述接地連接，交流電力變壓器的絕緣效能應良好，必須避免漏電現象。 保護接地也稱為安全接地、底盤接地或遮罩接地。 其目的是使設備主機殼與大地等電位，防止主機殼帶電影響人身和設備安全。

在瞭解地線的分類和功能後，有必要對印刷電路板中的地線進行分類，並採取相應的措施來設計地線。 例如，TTL和CMOS器件的地線應該是徑向的，而不是環形的； 印刷電路板上地線的寬度應根據通過的電流大小確定，不小於3mm，如有可能，地線越寬越好； 旁路電容器的接地線不宜過長，應盡可能短； 大電流的零電位接地線應盡可能寬，並且必須與小訊號的接地分開。 也有一些設計原則和方法可以參考第10章印刷電路板接地設計的要求進行設計。

為了合理選擇接地導體及其連接管道，我們根據錶1進行了一些接地分類。

錶1接地分類

另一個需要注意的問題是在 印刷電路板設計, 這將直接影響 印刷電路板. 通常地, we can do some processing in accordance with the following methods:

1) The power plane is close to the ground plane (only for 高頻電路): When the operating frequency of the circuit is very high (such as greater than 100MHz), 電源平面應靠近地平面, 以最大化電源平面和接地層之間的電容耦合, 降低電源雜訊.

2) Multiple ground planes are connected by vias: When there are multiple ground plane layers in the 印刷電路板, 應使用更分散的過孔將電路板上的接地層連接在一起, 尤其是在訊號集中和圖層改變的情况下. 為層變化訊號提供更短的環路並减少輻射. 如圖1所示, 接地板與平面周長上的通孔連接在一起, 可有效减少 印刷電路板.

圖1通過連接

3）在條件允許的情况下，採用20H原則：由於電源層和接地層之間的電場發生變化，電磁干擾將從板的邊緣向外輻射，稱為邊緣效應。 解決方案是縮小電源層，使電場僅在接地層內傳導。 以a H（電源與地面之間的介質厚度）為組織，如果收縮為20H，70%的電場可以限制在地面層的邊緣； 如果收縮時間為100H，則可以限制98%的電場。 在實施20H原則時，應優先滿足最小訊號回路和連續訊號阻抗。 也就是說，當電源板縮回時，如果相鄰訊號層在電源板邊緣上有痕迹，則可以在此範圍內忽略20H原則，以確保訊號不交叉，電源板邊緣應伸出訊號線位置。

4）添加地平面作為訊號隔離層：當有許多訊號層並且需要隔離層時，最好添加地平面作為隔離層，而不是電源層作為隔離層。

5）控制平面的延伸面積：在設計電源接地板時，應控制平面的延伸面積，以避免不同類型電路的參攷平面重疊。 此外，平行帶電平面之間存在電容耦合。 如圖2所示，類比電源平面類比P和數位接地層數位G之間將存在相互耦合。

Control the extended area of the plane
Figure 2 Control the extended area of the plane