Công nghệ vi sóng - Thiết kế dây nối đất PCB Board

Trong các thiết bị điện tử, nối đất là một phương pháp quan trọng để kiểm soát nhiễu. Hầu hết các vấn đề gây nhiễu có thể được giải quyết nếu nối đất và che chắn được sử dụng kết hợp đúng cách. Cấu trúc nối đất của các thiết bị điện tử bao gồm hệ thống nối đất, nối đất khung (mặt đất được che chắn), nối đất kỹ thuật số (mặt đất logic) và nối đất tương tự.

Trong thiết kế của dây nối đất bảng mạch PCB, cả PCB nhiều lớp và PCB một lớp đều sử dụng công nghệ nối đất. Mục tiêu của công nghệ nối đất là giảm thiểu trở kháng mặt đất và do đó làm giảm tiềm năng của các mạch nối đất trở lại nguồn điện từ mạch.

(1) Chọn đúng mặt đất đơn và mặt đất đa điểm trong mạch tần số thấp, tần số hoạt động của tín hiệu nhỏ hơn 1 MHz, điện cảm giữa hệ thống dây điện và thiết bị của nó không ảnh hưởng nhiều, lưu thông được hình thành bởi mạch nối đất có ảnh hưởng lớn đến nhiễu, nên sử dụng một điểm nối đất. Khi tín hiệu hoạt động ở tần số lớn hơn 10 MHz, trở kháng dây mặt đất trở nên rất lớn. Tại thời điểm này, trở kháng mặt đất nên được hạ thấp nhất có thể và nối đất bằng cách sử dụng nhiều điểm gần nhất. Khi tần số hoạt động là 1~10 MHz, nếu sử dụng một điểm nối đất, chiều dài của đường đất không được vượt quá 1/20 bước sóng, nếu không nên sử dụng phương pháp nối đất đa điểm. Mạch tần số cao nên được nối đất nhiều điểm trong chuỗi, dây nối đất nên ngắn và dày, và lá đồng nối đất diện tích lớn giống như lưới nên được bố trí xung quanh các phần tử tần số cao càng nhiều càng tốt.

(2) Tách mạch kỹ thuật số khỏi mạch tương tự có cả mạch logic tốc độ cao và mạch tuyến tính trên bảng. Chúng nên được tách ra càng xa càng tốt, dây mặt đất của cả hai không nên trộn lẫn và nên được kết nối với dây mặt đất của thiết bị đầu cuối nguồn. Cố gắng tăng diện tích mặt đất của mạch tuyến tính.

(3) Làm dày dây nối đất càng tốt Nếu dây nối đất rất mịn, tiềm năng nối đất sẽ thay đổi với sự thay đổi hiện tại, dẫn đến mức tín hiệu thời gian của thiết bị điện tử không ổn định và giảm hiệu suất chống ồn. Do đó, dây nối đất phải càng dày càng tốt để cho phép nó gấp ba lần dòng điện được phép thông qua bảng mạch in. Nếu có thể, chiều rộng của dây nối đất phải lớn hơn 3 mm.

(4) Khi thiết kế hệ thống dây mặt đất của bảng mạch in chỉ bao gồm các mạch kỹ thuật số, làm cho dây mặt đất hình thành vòng kín có thể cải thiện đáng kể khả năng chống ồn. Lý do là có rất nhiều thành phần mạch tích hợp trên bảng mạch in, đặc biệt là khi có các thành phần tiêu thụ điện năng cao hơn, do hạn chế về độ dày của dây mặt đất, sự khác biệt tiềm năng lớn sẽ được tạo ra trên các nút nối đất, điều này sẽ dẫn đến giảm khả năng chống ồn. Nếu cấu trúc mặt đất tạo thành vòng lặp, Sự khác biệt về điện thế sẽ giảm và khả năng chống ồn của thiết bị điện tử sẽ được cải thiện.

(5) Khi thiết kế bảng mạch nhiều lớp được áp dụng, một trong các lớp có thể được sử dụng làm "mặt phẳng nối đất đầy đủ", có thể làm giảm trở kháng nối đất, đồng thời đóng vai trò che chắn. Chúng tôi thường đặt một đường đất rộng xung quanh bảng in và điều này cũng làm điều tương tự.

(6) Dây nối đất của một lớp PCB nằm trong một lớp duy nhất (một mặt) PCB, chiều rộng của dây nối đất phải càng rộng càng tốt và phải có ít nhất 1,5mm (60 triệu). Vì hệ thống dây sao không thể đạt được trên PCB một lớp, nên những thay đổi về chiều rộng của dây vá và dây nối đất nên được giữ ở mức tối thiểu, nếu không sẽ dẫn đến những thay đổi trong trở kháng đường và điện cảm.

(7) Dây nối đất của PCB hai lớp nằm trong PCB hai lớp (hai mặt), mạch kỹ thuật số ưa thích dây nối đất/ma trận điểm. Phương pháp định tuyến này có thể làm giảm trở kháng mặt đất, vòng nối đất và vòng tín hiệu. Giống như PCB một lớp, dây nối đất và dây nguồn phải có chiều rộng ít nhất 1,5mm.

Một cách bố trí khác là đặt mặt phẳng nối đất ở một bên và dây tín hiệu và dây nguồn ở phía bên kia. Trong sự sắp xếp này, các vòng nối đất và trở kháng sẽ giảm hơn nữa. Tại thời điểm này, tụ điện tách rời có thể được đặt càng gần càng tốt giữa dây nguồn IC và mặt phẳng nối đất.

(8) Điện dung PCB trên bảng nhiều lớp, điện dung PCB được tạo ra bởi lớp cách điện mỏng ngăn cách mặt phẳng nguồn và mặt đất. Trên một tấm một lớp, sự sắp xếp song song của dây nguồn và dây mặt đất cũng tạo ra hiệu ứng điện dung này. Một trong những ưu điểm của tụ điện PCB là nó có phản ứng tần số rất cao và cảm ứng chuỗi thấp được phân phối đều trên toàn bộ bề mặt hoặc trên toàn bộ dòng. Nó tương đương với một tụ điện tách rời được phân phối đều trên toàn bộ bảng. Không có thành phần riêng lẻ nào có chức năng này.

(9) Mạch tốc độ cao và mạch tốc độ thấp

Các mạch và thành phần tốc độ cao nên được đặt gần mặt đất hơn và các mạch và thành phần tốc độ thấp nên được đặt gần mặt đất hơn.

(10) Đồng nối đất được lấp đầy trong một số mạch tương tự, và khu vực bảng không sử dụng được bao phủ bởi một mặt phẳng nối đất lớn để cung cấp khả năng che chắn và tăng khả năng tách rời. Nhưng nếu khu vực đồng này bị lơ lửng (ví dụ, nó không được kết nối với mặt đất), thì nó có thể hoạt động như một ăng-ten và gây ra các vấn đề về khả năng tương thích điện từ.

(11) Mặt phẳng nối đất và mặt phẳng nguồn trong PCB nhiều lớp nằm trong PCB nhiều lớp, nên đặt mặt phẳng nguồn và mặt phẳng nối đất càng gần các lớp lân cận càng tốt để tạo ra điện dung PCB lớn trên toàn bộ bảng. Tín hiệu tới hạn nhanh nhất nên ở gần một bên của mặt phẳng tiếp đất và tín hiệu không tới hạn nên được đặt gần mặt phẳng nguồn.

(12) Yêu cầu nguồn điện Khi mạch cần nhiều nguồn điện, hãy sử dụng nối đất để tách từng nguồn điện. Nhưng không thể nối đất nhiều điểm trong một lớp PCB. Một giải pháp là tách dây nguồn và dây nối đất của một nguồn điện khỏi các dây nguồn và dây nối đất khác, điều này cũng có thể giúp tránh khớp nối tiếng ồn giữa các nguồn điện.