PCB設計考慮EMC的接地技巧

2022-05-20 10:15:36 字數 2251 閱讀 2113

pcb設計中,接地是抑制雜訊和防止干擾的重要措施。根據電路的不同,有不同的接地方法,只有正確的接地才能減少或避免電路間的相互干擾。日常中主要的接地方式有兩種:

1 接地干擾消除

在有些情況下,地線阻抗帶來的干擾無法避免,尤其對電子裝置理想情況下地線阻抗為零,它不僅是電路中訊號電平的參考點,而且當有電流通過它時不應產生壓降。在具體的電子裝置內,這種理想地線是不存在的,地線既有電阻又有電抗,當有電流邁過時必然產生壓降;另一方面,地線還有可能對其他線路(訊號線,電源線)形成環路,當交變磁場與環路交鏈時,就會在地線中感應電勢,不論是地線流過的電流在地線上產生的壓降,還是地環路所引起的感應屯勢,都會使公用地線的各個電路單元產生相互干擾。如何抑制地線干擾也就成為電磁相容性設計的乙個重要課題。

根據地線干擾形成的機理,減小地線干擾的措施可歸納為:模擬接地與數字接地分離,減小地線阻抗和電源饋線阻抗、選擇合適的接地方式,阻隔地環路等。地線中的干擾電壓除與流過地線中的電流有關外,還與地線的阻抗有關,地線阻抗包括電阻和電感。

zg=rg十jwl (1)

如欲減少zg,就得減少rg和l,但交流電在流經導體截面時並不像直流那樣在導體上均勻分布,由於趨膚效應,電流集中於表面,使導體有效載流面積小於甚至遠小於導體的真實截面積,因此,同一導體在直流、低頻和高頻情況下所呈現的阻抗不同;而導體的電感同樣與導體半徑、長度以及訊號頻率有關,設計時應根據不同頻率下的導體阻抗來選擇導體截面大小,並盡可能使地線加粗和縮短。

2 接地方式的一般選取原則

對於給定的裝置或系統,在所關心的最高頻率對應波長為入上,當傳輸線的長度l〉入,則視為高頻電路,反之,則視為低頻電路。根據經驗法則,對於低於1mhz的電路,採用單點接地較好;對於高於10mhz,則採用多點接地為佳。對於介於兩者之間的頻率而言,只要最長傳輸線的長度l小於/20 入,則可採用單點接地以避免公共阻抗耦合。

對於接地的一般選取原則如下:

(1)低頻電路(<1mhz),建議採用單點接地;

(2)高頻電路(>10mhz),建議採用多點接地;

(3)高低頻混合電路,混合接地。

3 接地方式

3.1 單點接地

單點接地是整個系統中,只有乙個物理點被定義為接地參考點,其他各個需要接地的點都連線到這一點上。

單點接地適用於頻率較低的電路中(1mhz以下)。若系統的工作頻率很高,以致工作波長與系統接地引線的長度可比擬時,單點接地方式就有問題了。當地線的長度接近於1/4波長時,它就象一根終端短路的傳輸線,地線的電流、電壓呈駐波分布,地線變成了輻射天線,而不能起到「地」的作用。

為了減少接地阻抗,避免輻射,地線的長度應小於1/20波長。在電源電路的處理上,一般可以考慮單點接地。對於大量採用的數位電路的pcb,由於其含有豐富的高次諧波,一般不建議採用單點接地方式。

3.2 多點接地

多點接地是指裝置中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引線的長度最短。

多點接地電路結構簡單,接地線上可能出現的高頻駐波現象顯著減少,適用於工作頻率較高的(>10mhz)場合。但多點接地可能會導致裝置內部形成許多接地環路,從而降低裝置對外界電磁場的抵禦能力。在多點接地的情況下,要注意地環路問題,尤其是不同的模組、裝置之間組網時。

地線迴路導致的電磁干擾:

理想地線應是乙個零電位、零阻抗的物理實體。但實際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量,當有電流通過該地線時,就要產生電壓降。地線會與其他連線(訊號、電源線等)構成迴路,當時變電磁場耦合到該迴路時,就在地迴路中產生感應電動勢,並由地迴路耦合到負載,構成潛在的emi威脅。

3.3 浮地

浮地是指裝置地線系統在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。

由於浮地自身的一些弱點,不太適合一般的大系統中,其接地方式很少採用。

4 結束語

正確選擇一點接地和多點接地當頻率低於1mhz也時,應採用一點接地;當頻率高於10mhz也時,應採用就近多點接地;當工作頻率在1—10mhz也時,如果採用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應採用多點接地應採用對稱、平衡結構電路及雙絞遮蔽線作傳輸線,使兩線得到的地雜訊及其它干擾相等,可以在輸入端相互抵消遮蔽導線的遮蔽層應一端接地,接地點應是放大器公共端或訊號源公共端電路板上既有高速邏輯電路又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者地線不要相混,分別與電源端地線相連,盡量加大線性電路地線的截面積,使它能通過三倍於印製電路板的電流,如有可能,接地線的線徑應大於3mm。

負載地線和交流地線上都有很大電流通過,這些大電流地線與訊號地應分開設定,同時大電流地線應粗些,通常應採用匯流排或粗導線,各類地線應分開佈線,然後,同一類地線分別短接後,再接到共同的接地點若它們之間有的不允許直接相連時,可在兩者之間加接1—10uf的電容器,為了達到較好的效果,常把銅網埋人地面深處,然後用銅排接到共同的接地點。

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