Công nghệ PCB - Nối đất đơn và đa điểm trong thiết kế PCB

Một điểm nối đất là khi chỉ có một điểm vật lý trong toàn bộ hệ thống mạch được xác định là điểm tham chiếu nối đất và tất cả các điểm khác cần nối đất được kết nối trực tiếp với điểm này. Trong các mạch tần số thấp, sẽ không có nhiều ảnh hưởng giữa dây và các thành phần. Thông thường, các mạch có tần số dưới 1 MHz nên được nối đất tại một điểm.

GND là viết tắt của Conductor Ground Terminal. Có nghĩa là đường nối đất hoặc đường 0.

GND (Ground) trên bản đồ mạch và bảng chỉ ra đường nối đất hoặc đường 0. GND là viết tắt của Common Terminal hoặc Ground, nhưng Ground này không thực sự là Ground. Nó là mặt đất giả định của ứng dụng và đối với nguồn điện, nó là cực âm của nguồn điện. Nó khác với Trái Đất. Đôi khi nó cần phải được kết nối với trái đất và đôi khi không, tùy thuộc vào hoàn cảnh.

Điểm tín hiệu của thiết bị có thể là một điểm hoặc một mảnh kim loại trong thiết bị làm điểm tham chiếu tín hiệu, cung cấp tiềm năng tham chiếu chung cho tất cả các tín hiệu trong thiết bị.

Một điểm nối đất có thể cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu và khả năng chống nhiễu của hệ thống. Tác dụng của nó chủ yếu thể hiện ở một số mặt sau:

Giảm nhiễu: Tác động của nhiễu tần số cao đối với tín hiệu tần số thấp có thể được giảm bằng cách tách các tín hiệu khác nhau.

Cải thiện truyền tín hiệu: Trong các mạch tốc độ cao, một điểm nối đất đảm bảo đường dẫn trở lại tín hiệu rõ ràng, do đó giảm độ trễ và biến dạng tín hiệu.

Thúc đẩy tối ưu hóa bố cục: Thiết kế nối đất một điểm cung cấp sự linh hoạt cho bố cục PCB, đặc biệt là trong các mạch phức tạp, cho phép kiểm soát tốt hơn đường dẫn nối đất và đơn giản hóa thiết kế bố cục.

Đa điểm nối đất là khi mỗi điểm nối trong thiết bị điện tử được kết nối trực tiếp với mặt phẳng nối đất gần nhất với nó (tức là tấm đế kim loại của thiết bị). Trong các mạch tần số cao, điện dung ký sinh và cảm ứng có ảnh hưởng lớn hơn. Thông thường, các mạch có tần số lớn hơn 10 MHz thường sử dụng nối đất đa điểm.

Bạn có biết nối đất một điểm, nối đất đa điểm, nối đất nổi và trộn trong bố cục và thiết kế PCB

Nổi, tức là dây mặt đất của mạch nối đất mà không có dây dẫn. Virtual Ground: Một điểm không nối đất nhưng cùng một tiềm năng mặt đất.

Ưu điểm là mạch điện không bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của geoelectric. Mặt đất nổi có thể làm cho điện trở cách ly giữa mặt đất cung cấp điện (mạnh) và mặt đất tín hiệu (yếu) rất lớn, do đó có thể ngăn chặn nhiễu điện từ do ghép nối mạch trở kháng mặt đất chung.

Nhược điểm là mạch dễ bị điện dung ký sinh, dẫn đến thay đổi điện thế địa của mạch và tăng nhiễu điện cảm cho mạch analog.

"Trái đất" là một khái niệm rất quan trọng trong công nghệ điện tử. Vì "đất" có rất nhiều phân loại và chức năng và rất dễ nhầm lẫn, chúng ta hãy tóm tắt khái niệm "đất".

"Ground" bao gồm cả mặt đất tín hiệu bên trong thiết bị và mặt đất thiết bị. Hai khái niệm khác nhau, mục đích cũng khác nhau. Định nghĩa cổ điển của "nối đất" là "một điểm đẳng thế hoặc một mặt phẳng được sử dụng làm tham chiếu cho một mạch hoặc hệ thống."

Thứ nhất: Tín hiệu "mặt đất" còn được gọi là tham chiếu "mặt đất", là điểm tham chiếu của tiềm năng bằng không và đầu chung của vòng lặp tín hiệu mạch.

(1) DC nối đất: mạch DC "nối đất", điểm tham chiếu tiềm năng bằng không.

(2) AC nối đất: dây trung tính của nguồn AC. Nó phải được phân biệt với đường đất.

(3) Nguồn điện mặt đất: điểm tham chiếu tiềm năng bằng không cho các thiết bị mạng hiện tại cao và các thiết bị khuếch đại công suất.

(4) Tương tự: điểm tham chiếu tiềm năng bằng không cho bộ khuếch đại, giữ mẫu, bộ chuyển đổi A/D và bộ so sánh.

(5) Digital Ground: còn được gọi là logic, là điểm tham chiếu tiềm năng bằng không của mạch kỹ thuật số.

(6) "nối đất nóng": chuyển mạch cung cấp điện không cần sử dụng máy biến áp tần số điện, và "nối đất" của mạch chuyển mạch của nó có liên quan đến lưới điện thành phố, cái gọi là "nối đất nóng", tức là trực tiếp.

(7) "Cold Ground": vì máy biến áp tần số cao của nguồn chuyển đổi sẽ cách ly đầu vào và đầu ra; Vì mạch phản hồi của nó thường sử dụng bộ ghép quang điện, nó không chỉ có thể truyền tín hiệu phản hồi mà còn cách ly "mặt đất" ở cả hai bên; Vì vậy, đầu ra là đường dây mặt đất, được gọi là "đường dây mặt đất lạnh", không tích điện.

Tín hiệu mặt đất

Điểm tín hiệu của thiết bị có thể là một điểm hoặc một mảnh kim loại trong thiết bị làm điểm tham chiếu tín hiệu, cung cấp tiềm năng tham chiếu chung cho tất cả các tín hiệu trong thiết bị.

Có mặt đất một điểm, mặt đất đa điểm, mặt đất nổi và mặt đất hỗn hợp. Một điểm nối đất là khi chỉ có một điểm vật lý trong toàn bộ hệ thống mạch được xác định là điểm tham chiếu nối đất và tất cả các điểm khác cần nối đất được kết nối trực tiếp với điểm này. Trong các mạch tần số thấp, sẽ không có nhiều ảnh hưởng giữa dây và các thành phần. Thông thường, các mạch có tần số dưới 1 MHz nên được nối đất tại một điểm. Đa điểm nối đất là khi mỗi điểm nối trong thiết bị điện tử được kết nối trực tiếp với mặt phẳng nối đất gần nhất với nó (tức là tấm đế kim loại của thiết bị). Trong các mạch tần số cao, điện dung ký sinh và cảm ứng có ảnh hưởng lớn hơn. Các mạch thường có tần số lớn hơn 10 MHz, thường được sử dụng

Tiếp đất nhiều hơn. Nổi, tức là dây mặt đất của mạch nối đất mà không có dây dẫn. Virtual Ground: Một điểm không nối đất nhưng cùng một tiềm năng mặt đất. Ưu điểm là mạch điện không bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của geoelectric. Mặt đất nổi có thể làm cho điện trở cách ly giữa mặt đất cung cấp điện (mạnh) và mặt đất tín hiệu (yếu) rất lớn, do đó có thể ngăn chặn nhiễu điện từ do ghép nối mạch trở kháng mặt đất chung. Nhược điểm là mạch dễ bị điện dung ký sinh, dẫn đến thay đổi điện thế địa của mạch và tăng nhiễu điện cảm cho mạch analog. Một thỏa hiệp là kết nối một điện trở rò rỉ lớn giữa các vùng nổi và công cộng để giải phóng điện tích tích lũy. Hãy cẩn thận để kiểm soát trở kháng của điện trở rò rỉ, điện trở quá thấp ảnh hưởng đến sự phù hợp của dòng rò rỉ thiết bị.

Ứng dụng công nghệ Floating

Tách mặt đất nguồn AC khỏi mặt đất nguồn DC

Thông thường, dây trung tính của nguồn AC được nối đất. Tuy nhiên, do điện trở mặt đất và dòng điện chạy qua nó, điện thế dây bằng không của nguồn điện không phải là điện thế bằng không của mặt đất. Ngoài ra, thường có nhiều nhiễu trên đường dây trung tính của nguồn AC. Nếu nối đất nguồn AC không tách khỏi nối đất nguồn DC, nó sẽ ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của nguồn DC và mạch DC tiếp theo. Do đó, việc sử dụng công nghệ nổi tách nguồn AC khỏi nguồn DC có thể cô lập nhiễu từ nguồn AC.

Công nghệ Amplifier Floating

Đối với bộ khuếch đại, đặc biệt là tín hiệu đầu vào nhỏ và bộ khuếch đại có độ lợi cao, bất kỳ tín hiệu nhiễu nhỏ nào ở đầu vào đều có thể gây ra hoạt động bất thường. Do đó, việc sử dụng công nghệ nổi của bộ khuếch đại có thể ngăn chặn sự xâm nhập của tín hiệu nhiễu và cải thiện khả năng tương thích điện từ của bộ khuếch đại.

c Các biện pháp phòng ngừa quá trình nổi

1) Tăng tối đa điện trở cách điện của hệ thống nổi đối với mặt đất để giúp giảm dòng nhiễu chế độ chung vào hệ thống nổi.

2) Các nhà sản xuất PCB phải chú ý đến điện dung ký sinh của hệ thống nổi đối với mặt đất. Tín hiệu nhiễu tần số cao vẫn có thể được ghép nối với một hệ thống nổi thông qua điện dung ký sinh.

3) Công nghệ nổi phải được kết hợp với các công nghệ tương thích điện từ như che chắn và cách ly để đạt được kết quả mong muốn tốt hơn.

4) Khi sử dụng kỹ thuật nổi, cần chú ý đến các mối nguy hiểm đối với thiết bị và nhân viên do phản công tĩnh và điện áp.

Làm thế nào để chọn đúng địa điểm nối trong thiết kế bảng mạch in.

1. Nguyên tắc lựa chọn địa điểm

Lựa chọn địa điểm tiếp đất chủ yếu chia làm địa điểm tiếp đất đơn điểm và địa điểm tiếp đất đa điểm. Trong các mạch tần số thấp, một điểm nối đất duy nhất thường được khuyến khích để giảm tiếng ồn từ các mạch nối đất do hiệu ứng cảm ứng yếu. Trong các mạch tần số cao, trở kháng mặt đất trở nên rất quan trọng, và phương pháp tiếp đất đa điểm để giảm trở kháng mặt đất nên được áp dụng tại thời điểm này.

2. Nối đất đơn và nối đất đa điểm

Phương pháp nối đất một điểm thích hợp cho các mạch có tín hiệu hoạt động ở tần số nhỏ hơn 1 MHz, trong trường hợp này, dòng điện vòng lặp của mặt đất có ảnh hưởng lớn đến nhiễu và do đó chỉ có thể chọn một điểm nối.

Ở tần số tín hiệu trên 10 MHz, nhiều điểm tiếp xúc phải được chọn để đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu. Kiểm soát sự kết hợp tiếp điểm của các mạch kỹ thuật số và tuyến tính tốc độ cao, đảm bảo chúng được kết nối riêng với phía nguồn, có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống nhiễu của mạch.

3. Thiết kế dây nối đất

Thiết kế của dây nối đất cũng liên quan nhiều đến hiệu suất của mạch. Dây nối đất phải càng dày càng tốt, cho phép nó gấp ba lần giá trị hiện tại cho phép thông qua mạch và chiều rộng của dây nối đất thường phải lớn hơn 3 mm. Nếu dây nối đất quá mỏng, nó có thể dẫn đến mức tín hiệu không ổn định và giảm khả năng chống nhiễu.

4. Tầm quan trọng của thiết kế vòng lặp

Trong một bảng mạch in chỉ bao gồm các mạch kỹ thuật số, để cải thiện khả năng chống ồn, thiết kế dây mặt đất như một đường dẫn vòng chết có thể làm giảm hiệu quả sự khác biệt tiềm năng và do đó cải thiện tính nhất quán của dòng điện.

5. Đường dây mật độ cao và công nghệ micropore

Với tính linh hoạt của các sản phẩm điện tử, khoảng cách tiếp xúc giảm dần, tốc độ truyền tín hiệu được cải thiện, mật độ dây giữa các điểm và chiều dài định vị được cải thiện, yêu cầu PCB sử dụng cấu hình đường mật độ cao và công nghệ vi mô cũng đang được cải thiện. Những yếu tố này làm cho bảng mạch in nhiều lớp trở nên phổ biến hơn, do đó cải thiện hiệu suất mạch tổng thể.