PCB科技 - PCB版圖設計中的接地干擾及其抑制

1、地線的定義

在裡面 PCB佈局 設計, 接地線是什麼? 每個人在教科書中學習的地線的定義是：地線是用作電路電勢參考點的等電位體. 這個定義不符合實際情況. 實際接地線上的電勢不是恒定的. 如果使用儀錶量測地線上各點之間的電位, 你會發現地線上點的電位可能會有很大的變化. 正是這些電位差導致了電路的异常運行. 將電路定義為等電位體只是人們對地電位的期望. 亨利對地線給出了更現實的定義. 他將地線定義為訊號流回到源的低阻抗路徑. 該定義強調了地線中的電流. 根據這個定義, 很容易理解地線中電位差的原因. 因為地線的阻抗永遠不會為零, 當電流通過有限阻抗時, 電壓會下降. 因此, 我們應該把地線上的電勢想像成海裏的波浪, 一個接一個.

2、地線阻抗

說到地線阻抗引起的地線上各點之間的電位差，這可能會導致電路故障，許多人覺得這令人難以置信：當我們使用歐姆錶量測地線電阻時，地線的電阻通常處於毫歐姆水准。 當電流流過如此小的電阻時，怎麼會出現如此大的壓降，導致電路運行异常。

3、地面干擾機理

3.1共同阻抗干擾當兩個電路共用一段地線時，由於地線的阻抗，一個電路的接地電位將被另一個電路的工作電流調製。 這種電路中的訊號將耦合到另一個電路中，這種耦合稱為共阻抗耦合。

在數位電路中，由於訊號的頻率較高，地線通常呈現較大的阻抗。 此時，如果有不同的電路共亯一段接地，則可能會出現共阻抗耦合問題

4、地面干擾對策

4.中的1個 PCB設計 佈局, 從接地回路干擾機理看接地回路對策, 可以知道，只要接地回路中的電流减小, 可以减少接地回路干擾. 如果接地回路中的電流可以完全消除, 接地回路干擾問題可以完全解决. 因此, 我們針對接地回路干擾提出以下解決方案.

A、將設備浮在一端。 如果一端的電路浮動，接地回路將被切斷，囙此可以消除接地回路電流。 但有兩個問題需要注意。 一是出於安全考慮，電路通常不允許浮動。 此時，考慮通過電感器將設備接地。 這樣，對於50Hz交流電流設備，接地阻抗非常小，對於高頻干擾訊號，設備接地阻抗更大，從而减少了接地回路電流。 但這樣做只能减少高頻干擾的接地回路干擾。 另一個問題是，儘管器件是浮動的，但器件和接地之間仍然存在寄生電容。 該電容將在較高頻率下提供較低的阻抗，囙此無法有效降低高頻接地回路電流。

B.使用變壓器實現設備之間的連接。 使用磁路連接兩個設備以切斷接地回路電流。 但應注意的是，一次和二次變壓器之間的寄生電容仍然可以為高頻接地回路電流提供路徑，囙此變壓器隔離方法對高頻接地回路電流的抑制效果較差。 提高變壓器高頻隔離效果的一種方法是在變壓器的一級和二級之間安裝遮罩層。 但必須注意的是，隔離變壓器遮罩層的接地端必須位於接收電路的一端。 否則，不僅不能提高高頻隔離效果，而且可能會使高頻耦合更加嚴重。 囙此，變壓器應安裝在訊號接收裝置的一側。 遮罩良好的變壓器可以在低於1MHz的頻率下提供有效隔離。

C、另一種使用光隔離器切斷接地回路的方法是使用光來實現訊號傳輸。 這可以說是解决接地回路干擾問題的最理想方法。 光連接有兩種方法，一種是光耦器件，另一種是與光纖連接。 光耦的寄生電容通常為2pf，可以在非常高的頻率下提供良好的隔離。 光纖幾乎沒有寄生電容，但在安裝、維護和成本方面不如光耦器件。

D、在連接電纜上使用共模扼流圈相當於新增接地回路的阻抗，以便在一定接地電壓下，接地回路

電路電流將减小。 但要注意控制共模扼流圈的寄生電容，否則對高頻干擾的隔離效果很差。 共模扼流圈數越多，寄生電容越大，高頻隔離效果越差。

4.2消除共阻抗耦合有兩種方法可以消除共阻抗耦合. 一是降低公共接地線的阻抗, 囙此，公共接地線上的電壓也會降低, 從而控制公共阻抗耦合. 另一種方法是通過正確接地，避免電路中容易相互干擾的公共接地線. 通常地, 避免强弱電流電路的公共接地線, 以及數位電路和類比電路的公共接地線. 如前所述, 降低地線阻抗的覈心問題是降低地線的電感. 這包括使用扁平導線作為地線, 並使用相距很遠的多個平行導體作為地線. 用於印刷電路板, 在雙層板上鋪設接地網可以有效降低接地線阻抗. 在多層板中, 一層特殊的地線阻抗很小, 但它會新增 PCB電路板–s阻力. 費用. 通過適當的接地方法避免共同阻抗的接地方法是並聯單點接地. 並聯接地的缺點是接地線太多. 因此, 在實踐中, 並非所有電路都必須與單點接地並聯. 對於相互干擾較小的電路, 可以使用單點串聯接地. 例如, 電路可以根據强訊號進行分類, 微弱訊號, 類比信號, 數位信號, 等., 然後在類似電路內串聯使用單點接地, 以及不同類型電路的單點並聯接地.