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PCB設(shè)計(jì)中預(yù)防EMC問題的接地技巧

發(fā)布時間 :2016-05-17 09:52 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
        在PCB設(shè)計(jì)中為了保證設(shè)計(jì)的合理科學(xué)性,需要考慮很多的因素,不同的環(huán)境需要考慮不同的因素。在PCB布線時應(yīng)該要注意EMC的抑制,因?yàn)榉植茧娙菔请S時存在的。下面就簡單介紹一下PCB設(shè)計(jì)中預(yù)防EMC問題的接地技巧。
接地的含義
電子設(shè)備的“地”通常有兩種含義:一種是“大地”(安全地),另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”(信號地)。接地就是指在系統(tǒng)與某個電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路。“接大地”就是以地球的電位為基準(zhǔn),并以大地作為零電位,把電子設(shè)備的金屬外殼、電路基準(zhǔn)點(diǎn)與大地相連接。
接地的分割與匯接
接地是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)備EMC性能的重要手段之一。正確的接地既能提高產(chǎn)品抑制電磁干擾的能力,又能減少產(chǎn)品對外的EMI發(fā)射。
把接地平面與大地連接,往往是出于以下考慮:
A、提高設(shè)備電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性;
B、靜電泄放;
C、為工作人員提供安全保障。
接地的目的
A、安全考慮,即保護(hù)接地;
B、為信號電壓提供一個穩(wěn)定的零電位參考點(diǎn)(信號地或系統(tǒng)地);
C、屏蔽接地。
基本的接地方式
電子設(shè)備中有三種基本的接地方式:單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、浮地。
單點(diǎn)接地
單點(diǎn)接地是整個系統(tǒng)中,只有一個物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),其他各個需要接地的點(diǎn)都連接到這一點(diǎn)上。
單點(diǎn)接地適用于頻率較低的電路中(1MHZ以下)。若系統(tǒng)的工作頻率很高,以致工作波長與系統(tǒng)接地引線的長度可比擬時,單點(diǎn)接地方式就有問題了。當(dāng)?shù)鼐€的長度接近于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(yīng)小于1/20波長。在電源電路的處理上,一般可以考慮單點(diǎn)接地。對于大量采用的數(shù)字電路的PCB,由于其含有豐富的高次諧波,一般不建議采用單點(diǎn)接地方式。
多點(diǎn)接地
多點(diǎn)接地是指設(shè)備中各個接地點(diǎn)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(diǎn)接地電路結(jié)構(gòu)簡單,接地線上可能出現(xiàn)的高頻駐波現(xiàn)象顯著減少,適用于工作頻率較高的(>10MHZ)場合。但多點(diǎn)接地可能會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部形成許多接地環(huán)路,從而降低設(shè)備對外界電磁場的抵御能力。
在多點(diǎn)接地的情況下,要注意地環(huán)路問題,尤其是不同的模塊、設(shè)備之間組網(wǎng)時。地線回路導(dǎo)致的電磁干擾:
理想地線應(yīng)是一個零電位、零阻抗的物理實(shí)體。但實(shí)際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量,當(dāng)有電流通過該地線時,就要產(chǎn)生電壓降。地線會與其他連線(信號、電源線等)構(gòu)成回路,當(dāng)時變電磁場耦合到該回路時,就在地回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,并由地回路耦合到負(fù)載,構(gòu)成潛在的EMI威脅。
浮地
浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。
由于浮地自身的一些弱點(diǎn),不太適合一般的大系統(tǒng)中,其接地方式很少采用。
關(guān)于接地方式的一般選取原則:
對于給定的設(shè)備或系統(tǒng),在所關(guān)心的最高頻率(對應(yīng)波長為)入上,當(dāng)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(jù)經(jīng)驗(yàn)法則,對于低于1MHZ的電路,采用單點(diǎn)接地較好;對于高于10MHZ,則采用多點(diǎn)接地為佳。對于介于兩者之間的頻率而言,只要最長傳輸線的長度L小于/20 入,則可采用單點(diǎn)接地以避免公共阻抗耦合。
對于接地的一般選取原則如下:
(1)低頻電路(<1MHZ),建議采用單點(diǎn)接地;
(2)高頻電路(>10MHZ),建議采用多點(diǎn)接地;
(3)高低頻混合電路,混合接地。


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