Thông tin PCB - Sự can thiệp và ức chế dây nối đất PCB

Trong thiết kế bảng mạch PCB, đặc biệt là trong các mạch tần số cao, thường gặp phải một số bất thường và bất thường gây ra bởi nhiễu dây mặt đất. Bài viết này phân tích nguyên nhân gây nhiễu đường đất, mô tả chi tiết ba loại nhiễu đường đất và đề xuất các giải pháp dựa trên kinh nghiệm thực tế. Các phương pháp chống nhiễu này đã đạt được kết quả tốt trong các ứng dụng thực tế, cho phép một số hệ thống hoạt động thành công trong lĩnh vực này. Trong các hệ thống chip đơn, bảng mạch PCB (bảng mạch in) là một thành phần quan trọng được sử dụng để hỗ trợ các thành phần mạch và cung cấp kết nối điện giữa các thành phần mạch và thiết bị. Phải có một số trở kháng nhất định trong quá trình dẫn truyền. Các thành phần cảm ứng trong dây dẫn sẽ ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu điện áp, trong khi các thành phần điện trở sẽ ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu hiện tại. Ảnh hưởng của điện cảm đặc biệt nghiêm trọng trong các đường dây tần số cao. Ảnh hưởng của trở kháng mặt đất phải được chú ý và loại bỏ.

1. Nguyên nhân gây nhiễu Điện trở và trở kháng là hai khái niệm khác nhau. Điện trở là trở kháng của dây dẫn đối với dòng điện ở trạng thái DC, và trở kháng là điện trở của dây dẫn đối với dòng điện ở trạng thái AC, chủ yếu là do cảm ứng của dây dẫn. Vì dây đất luôn có trở kháng, điện trở của dây đất thường là mm khi đo dây đất bằng vạn năng. Lấy một dây dài 10 cm, rộng 1,5 mm và dày 50 μm trên PCB làm ví dụ, trở kháng có thể được tính toán. R=ÍL/s (Isla ©), trong đó L là chiều dài của dây (m), s là diện tích mặt cắt ngang của dây (mm2), ÍT; là điện trở ÍT=0,02, do đó giá trị điện trở của dây là khoảng 0,026 Isla ©. Khi một dây cách xa các dây khác và chiều dài của nó lớn hơn nhiều so với chiều rộng của nó, dây có độ tự cảm 0,8 Isla ¼ H/m, thì dây dài 10 cm có độ tự cảm 0,08 Isla ¼. Điện trở cảm ứng của dây sau đó được tính theo công thức sau: XL=2ÍfL, trong đó f là tần số (Hz) của tín hiệu đi qua dây và L là tự cảm của dây trên một đơn vị chiều dài (H). Do đó, tính toán giá trị điện kháng của dây ở tần số thấp và tần số cao một cách riêng biệt: trong mạch thực tế, tín hiệu gây nhiễu điện từ có xu hướng là tín hiệu xung, trong khi tín hiệu xung có thành phần tần số cao phong phú, do đó sẽ tạo ra rất nhiều tiếng ồn trên đường đất. Điện áp Như bạn có thể thấy từ các tính toán công thức trên, trong truyền tín hiệu tần số thấp, điện trở dây lớn hơn điện cảm dây. Đối với mạch kỹ thuật số, mạch hoạt động ở tần số rất cao và trong tín hiệu tần số cao, độ cảm của dây lớn hơn nhiều so với điện trở của dây. Do đó, ảnh hưởng của trở kháng mặt đất đối với mạch kỹ thuật số là đáng kể. Đó là lý do tại sao một sự sụt giảm điện áp lớn xảy ra khi dòng điện chạy qua một điện trở nhỏ, khiến mạch hoạt động bất thường.

2. Cơ chế gây nhiễu dây mặt đất 2.1 Vòng nối đất gây nhiễu Giao thoa vòng nối đất là một hiện tượng gây nhiễu tương đối phổ biến, thường xảy ra giữa các thiết bị được kết nối bằng cáp dài và cách xa nhau. Nguyên nhân chính gây nhiễu điện từ cho dây mặt đất là trở kháng của dây mặt đất. Khi dòng điện chạy qua dây nối đất, điện áp được tạo ra trên dây nối đất, đó là tiếng ồn dây nối đất. Được điều khiển bởi điện áp này, một dòng điện vòng nối đất sẽ được tạo ra, dẫn đến nhiễu vòng nối đất. Gây nhiễu mạch nối đất: Điện áp nối đất được hình thành do tiềm năng nối đất khác nhau giữa hai thiết bị. Được điều khiển bởi điện áp này, dòng điện chạy giữa các mạch được hình thành bởi "Thiết bị 1, cáp kết nối, Thiết bị 2 và mặt đất". Do sự mất cân bằng của mạch, dòng điện trên mỗi dây là khác nhau, do đó, một điện áp chế độ vi sai được tạo ra, gây nhiễu mạch. Vì nhiễu mạch mặt đất được gây ra bởi dòng điện vòng nối đất, đôi khi người ta thấy rằng hiện tượng nhiễu biến mất khi dây nối đất của thiết bị bị ngắt, vì các mạch nối đất bị cắt khi dây nối đất bị ngắt. Hiện tượng này thường xảy ra với nhiễu tần số thấp. Không quan trọng nếu dây mặt đất bị ngắt kết nối khi tần số nhiễu cao. Tại thời điểm này, khi một số mạch chia sẻ một đoạn dây nối đất, do trở kháng của dây nối đất, điện thế nối đất của một mạch được điều chế bởi dòng điện làm việc của mạch khác, do đó tín hiệu trong mạch này được ghép vào mạch khác, được gọi là khớp nối đồng trở kháng. Giải pháp cho việc ghép co-trở kháng là giảm trở kháng của các đường co-trở kháng hoặc sử dụng một điểm nối đất duy nhất để loại bỏ hoàn toàn co-trở kháng, một hiện tượng gây nhiễu. Hình 2 là một mạch điện đơn giản với bốn cửa. Giả sử mức đầu ra của cổng 1 thay đổi từ cao xuống thấp, điện dung ký sinh trong mạch (đôi khi có điện dung lọc ở đầu vào của cổng 2) sẽ được xả qua cổng 1 đến dây mặt đất. Dòng xả sẽ tạo ra điện áp đỉnh trên dây nối đất do trở kháng của dây nối đất. Nếu đầu ra của Cổng 3 là thấp tại thời điểm này, điện áp đỉnh sẽ được truyền đến đầu vào của Cổng 3 và đầu vào của Cổng 4. Nếu biên độ của điện áp đỉnh này vượt quá ngưỡng tiếng ồn của Cổng 4, nó sẽ gây ra sự cố cho Cổng 4.2.3. Các mạch nối đất nhiễu kết nối điện từ. "mạch nối đất" sẽ bao quanh một khu vực nhất định. Theo định luật cảm ứng điện từ, nếu có từ trường thay đổi trong khu vực xung quanh vòng lặp, một dòng điện cảm ứng sẽ được tạo ra trong vòng lặp, gây nhiễu. Sự thay đổi của từ trường không gian không chỗ nào là không có, vì vậy diện tích khép kín càng lớn, quấy nhiễu càng nghiêm trọng. Phương pháp giải quyết nhiễu dây nối đất 3.1 Giải quyết nhiễu mạch nối đất Giải quyết nhiễu mạch nối đất có ba ý tưởng cơ bản: Một là giảm trở kháng của dây nối đất, do đó giảm điện áp nhiễu, nhưng điều này không ảnh hưởng đến nhiễu mạch nối đất do nguyên nhân thứ hai gây ra. Phương pháp thứ hai là thay đổi cấu trúc nối đất, kết nối dây nối đất của một khung máy với khung máy khác, nối đất qua một khung máy khác, đó là khái niệm về một điểm nối đất duy nhất. Thứ ba là tăng trở kháng của mạch nối đất, do đó giảm dòng điện mạch nối đất. Khi trở kháng là vô hạn, vòng nối đất thực sự bị cắt, nghĩa là, loại bỏ vòng nối đất. Do đó, các giải pháp sau đây được đề xuất để giải quyết nhiễu mạch nối đất. 1) Nổi thiết bị ở một bên Nếu một bên của mạch vẫn nổi, mạch nối đất sẽ bị cắt, do đó loại bỏ dòng mạch nối đất. Nhưng có hai vấn đề cần lưu ý. Một là vì lý do an toàn, mạch điện không cho phép nổi. Trong trường hợp này, hãy xem xét nối đất thiết bị bằng cuộn cảm. Bằng cách này, trở kháng mặt đất của thiết bị dòng điện xoay chiều 50Hz là nhỏ, và đối với tín hiệu nhiễu tần số cao hơn, trở kháng lưới mặt đất của thiết bị là lớn hơn, do đó làm giảm dòng mạch mặt đất. Nhưng làm như vậy chỉ có thể làm giảm sự can thiệp của nhiễu tần số cao vào mạch mặt đất. Một vấn đề khác là mặc dù thiết bị nổi, điện dung ký sinh vẫn tồn tại giữa thiết bị và mặt đất. Điện dung này cung cấp trở kháng thấp hơn ở tần số cao hơn và do đó không thể làm giảm hiệu quả dòng mạch nối đất tần số cao. 2) Phương pháp cơ bản để giải quyết nhiễu mạch nối đất bằng máy biến áp là cắt mạch nối đất. Một máy biến áp cách ly được sử dụng cho mục đích này và việc truyền tín hiệu giữa hai thiết bị được thực hiện bằng cách ghép từ trường, tránh kết nối điện trực tiếp. Tại thời điểm này, điện áp gây nhiễu trên dây nối đất xuất hiện giữa giai đoạn chính và phụ của máy biến áp thay vì đầu vào của mạch. Một cách để cải thiện hiệu quả cách ly tần số cao của máy biến áp là thiết lập một lớp che chắn giữa chính và phụ của máy biến áp. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đầu nối đất của lớp che chắn máy biến áp cách ly phải ở đầu nhận của mạch. Nếu không, không chỉ không thể cải thiện hiệu quả cách ly tần số cao, mà còn làm cho khớp nối tần số cao nghiêm trọng hơn. Do đó, máy biến áp nên được lắp đặt ở phía bên của thiết bị nhận tín hiệu. Phương pháp cách ly biến áp có một số nhược điểm, nó có thể