電路設計中如何接地來抑制干擾

2021-05-23 02:26:11 字數 4831 閱讀 1612

一、在電子電路中,形成干擾的基本要素有三個:相關干擾源、線路傳播路徑、板上敏感器件,指容易被干擾的物件。

抗干擾設計的基本原則是:抑制干擾源,切斷干擾傳播路徑,提高敏感器件的抗干擾性能。(類似於傳染病的預防)

1干擾源的抑制

抑制干擾源的常用措施如下:

(1)繼電器線圈增加續流二極體,消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾。僅加續流二極體會使繼電器的斷開時間滯後,增加穩壓二極體後繼電器在單位時間內可動作更多的次數。

(2)在繼電器接點兩端並接火花抑制電路(一般是rc串聯電路,電阻一般選幾k 到幾十k,電容選0.01uf),減小電火花影響。

(3)給電機加濾波電路,注意電容、電感引線要盡量短。

(4)電路板上每個ic要並接乙個0.01μf~0.1μf高頻電容,以減小ic對電源的影響。

注意高頻電容的佈線,連線應靠近電源端並盡量粗短,否則,等於增大了電容的等效串聯電阻,會影響濾波效果。

(5)佈線時避免90度折線,減少高頻雜訊發射。

(6)可控矽兩端並接rc抑制電路,減小可控矽產生的雜訊(這個雜訊嚴重時可能會把可控矽擊穿的)。

二、按干擾的傳播路徑可分為傳導干擾和輻射干擾兩類。

所謂傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾雜訊和有用訊號的頻帶不同,可以通過在導線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾雜訊的傳播,有時也可加隔離光耦來解決。電源雜訊的危害最大,要特別注意處理。

所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離,用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。

截止干擾傳播路徑的措施:

(1)充分考慮電源對微控制器的影響。電源做得好,整個電路的抗干擾就解決了一大半。許多微控制器對電源雜訊很敏感, 要給微控制器電源加濾波電路或穩壓器,以減小電源雜訊對微控制器的干擾。

比如,可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路,當然條件要求不高時也可用100ω電阻代替磁珠。

(2)如果微控制器的i/o口用來控制電機等雜訊器件,在i/o口與雜訊源之間應加隔離(增加π形濾波電路)。控制電機等雜訊器件,在i/o口與雜訊源之間應加隔離(增加π形濾波電路)。

(3)注意晶振佈線。晶振與微控制器引腳盡量靠近,用地線把時鐘區隔離起來,晶振外殼接地並固定。此措施可解決許多疑難問題。

(4)電路板合理分割槽,如強、弱訊號,數字、模擬訊號。盡可能把干擾源 (如電機,繼電器)與敏感元件(如微控制器)遠離。

(5)用地線把數字區與模擬區隔離,數字地與模擬地要分離,最後在一點接於電源地。a/d、d/a晶元佈線也以此為原則,廠家分配a/d、d/a晶元引腳排列時已考慮此要求。

(6)微控制器和大功率器件的地線要單獨接地,以減小相互干擾。 大功率器件盡可能放在電路板邊緣。

(7)在微控制器i/o口,電源線,電路板連線線等關鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環、電源濾波器,遮蔽罩,可顯著提高電路的抗干擾性能。

增強敏感器件的抗干擾性能

提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮儘量減少對干擾雜訊的拾取,以及從不正常狀態盡快恢復的方法。

提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下:

(1)佈線時儘量減少迴路環的面積,以降低感應雜訊。

(2)佈線時,電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外,更重要的是降低耦合雜訊。

(3)對於微控制器閒置的i/o口,不要懸空,要接地或接電源。其它ic的閒置端在不改變系統邏輯的情況下接地或接電源。

(4)對微控制器使用電源監控及看門狗電路,如:imp809,imp706,imp813,x25043,x25045等,可大幅度提高整個電路的抗干擾性能。

(5)在速度能滿足要求的前提下,盡量降低微控制器的晶振和選用低速數位電路。

(6)ic器件盡量直接焊在電路板上,少用ic座。

為了達到很好的抗干擾,於是我們常看到pcb板上有地分割的佈線方式。但是也不是所有的數位電路和模擬電路混合都一定要進行地平面分割。因為這樣分割是為了降低雜訊的干擾。

在數位電路中一般的頻率會比模擬電路中的頻率要高,而且它們本身的訊號會跟地平面形成乙個回流(因為在訊號傳輸中,銅線與銅線之間存在著各種各樣的電感和分布電容),如果我們把地線混合在一起,那麼這個回流就會在數字和模擬電路中相互串擾。而我們分開就是讓它們只在自己本身內部形成乙個回流。它們之間只用乙個零歐電阻或是磁珠連線起來就是因為原來它們就是同乙個物理意義的地,現在佈線把它們分開了,最後還應該把它們連線起來。

分析它們是屬於數字部分還是模擬部分,這個問題常常是我們在具體畫pcb時得考濾的。我個人的看法是要判斷乙個元件是屬於模擬的,還是數字的關鍵是看與它相關的主要晶元是數字的還是模擬的。比如:

電源它可能給模擬電路供電,那它就是模擬部分的,如果它是給微控制器或是資料類晶元供電,那它就是數字的。當它們是同乙個電源時就需要用乙個橋的方法把乙個電源從另乙個部分引過來。最典形的就是d/a了,它應該是乙個一半是數字,一半是模擬的晶元。

我認為如果能把數字輸入處理好後,剩下的就可以畫到模擬部分去了。

數字地,模擬地互相會影響不是因為乙個叫數字,乙個叫模擬,而是他們用了同一部電梯--地,而這部電梯所用的井道就是我們在pcb上布得地線。

模擬迴路的電流走這條線,數字迴路的電流也走這條線,本來無可厚非,線布著就是用來導通電流的,可問題處在這根線上有電阻!而且最根本的問題是走這條線的電流要去2個不同的迴路。

假設一下,有2股電流,數流,模流同時從地出發。有2個器件,數件,模件。若2個迴路不分開,數流,模流回走到數件的接地端前的時候,損耗的電壓為v,則v=(數流+模流)x走線電阻相當於數字器件的接地端相對於地端公升高了v數字器件不滿意了,會公升高少許電壓,數流的那部分我認了,但模流的為什麼要加在我頭上?

這裡提出2個解決方案如下:

第1個:你布的pcb線沒有阻抗,自然不會引起干擾,就像2、3樓直接往下跳,那是井道最寬的時候,也就是可以裝乙個無限大的電梯,自然誰都不影響誰,但誰都知道,這是不可能的;

第2個:2條迴路分開走,數流,模流分開,既數地、模地分開。

同理,有時雖在模擬迴路中,但也要分大、小電流迴路,就是避免相互干擾。所謂的干擾就是:2個不同迴路中的電流在pcb走線上引起的電壓,這2部分電壓互相疊加而產生的。

三、數字地與模擬地的處理

數字地和模擬地處理的基本原則如下:

1模擬地和數字地之間的聯絡

(1)模擬地和數字地間串接電感一般取值多大?一般用幾uh到數十uh。

(2)用0歐電阻是最佳選擇:1、可保證直流電位相等、2、單點接地(限制雜訊)、3、對所有頻率的雜訊都有衰減作用(0歐也有阻抗,而且電流路徑狹窄,可以限制雜訊電流通過)。磁珠相當於帶阻陷波器,只對某個頻點的雜訊有抑制作用,如果不能預知噪點,如何選擇型號,況且,噪點頻率也不一定固定,故磁珠不是乙個好的選擇。

電容不通直流,會導致壓差和靜電積累,摸機殼會麻手。如果把電容和磁珠併聯,就是畫蛇添足,因為磁珠通直,電容將失效。串聯的話就顯得不倫不類。

電感特性不穩定,離散分布引數不好控制,體積大。電感也是陷波,lc諧振(分布電容),對噪點有特效。總之,關鍵是模擬地和數字地要一點接地,不同種類地之間用0歐電阻相連;電源引入高頻器件時用磁珠;高頻訊號線耦合用小電容;電感用在大功率低頻上。

2 磁珠

採用在高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結麵成,專用於抑制訊號線、電源線上的高頻雜訊和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈衝的能力。

主要引數:

標稱值:因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆 .一般以100mhz為標準,比如2012b601,就是指在100mhz的時候磁珠的阻抗為600歐姆。

3 電感與磁珠的區別:

有一匝以上的線圈習慣稱為電感線圈,少於一匝(導線直通磁環)的線圈習慣稱之為磁珠;

電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件;

電感多用於電源濾波迴路,磁珠多用於訊號迴路,用於emc對策;

磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾,而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾.兩者都可用於處理emc、emi問題;

電感一般用於電路的匹配和訊號質量的控制上.在模擬地和數字地結合的地方用磁珠.

磁珠有很高的電阻率和磁導率,他等效於電阻和電感串聯,但電阻值和電感值都隨頻率變化。 他比普通的電感有更好的高頻濾波特性,在高頻時呈現阻性,所以能在相當寬的頻率範圍內保持較高的阻抗,從而提高調頻濾波效果。

作為電源濾波,可以使用電感。磁珠的電路符號就是電感但是型號上可以看出使用的是磁珠在電路功能上,磁珠和電感是原理相同的,只是頻率特性不同罷了

磁珠由氧磁體組成,電感由磁心和線圈組成,磁珠把交流訊號轉化為熱能,電感把交流儲存起來,緩慢的釋放出去。

磁珠對高頻訊號才有較大阻礙作用,一般規格有100歐/100mmhz ,它在低頻時電阻比電感小得多。

鐵氧體磁珠 (ferrite bead) 是目前應用發展很快的一種抗干擾元件,廉價、易用,濾除高頻雜訊效果顯著。

在電路中只要導線穿過它即可(我用的都是象普通電阻模樣的,導線已穿過並膠合,也有表面貼裝的形式,但很少見到賣的)。當導線中電流穿過時,鐵氧體對低頻電流幾乎沒有什麼阻抗,而對較高頻率的電流會產生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發,其等效電路為乙個電感和乙個電阻串聯,兩個元件的值都與磁珠的長度成比例。

磁珠種類很多,製造商應提供技術指標說明,特別是磁珠的阻抗與頻率關係的曲線。

有的磁珠上有多個孔洞,用導線穿過可增加元件阻抗(穿過磁珠次數的平方),不過在高頻時所增加的抑制雜訊能力不可能如預期的多,而用多串聯幾個磁珠的辦法會好些。

鐵氧體是磁性材料,會因通過電流過大而產生磁飽和,導磁率急劇下降。大電流濾波應採用結構上專門設計的磁珠,還要注意其散熱措施。

鐵氧體磁珠不僅可用於電源電路中濾除高頻雜訊(可用於直流和交流輸出),還可廣泛應用於其它電路,其體積可以做得很小。特別是在數位電路中,由於脈衝訊號含有頻率很高的高次諧波,也是電路高頻輻射的主要根源,所以可在這種場合發揮磁珠的作用。

鐵氧體磁珠還廣泛應用於訊號電纜的雜訊濾除。

電感和磁珠的什麼聯絡與區別

電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件

電感多用於電源濾波迴路,磁珠多用於訊號迴路,用於emc對策

磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾,而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾。兩者都可用於處理emc、emi問題。

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