接地電路
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2022-03-28
接地電路的實例教程
射頻(RF)電路的電路板布局應(yīng)在理解電路板結(jié)構(gòu)、電源布線和接地的基本原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行。本文探討了相關(guān)的基本原則，并提供了一些實用的、經(jīng)過驗證的電源布線、電源旁路和接地技術(shù)，可有效提高 RF設(shè)計的性能指標(biāo)。考慮到實際設(shè)計中PLL 雜散信號對于電源耦合、接地和濾波器元件的位置非常敏感，本文著重討論了有關(guān) PLL 雜散信號抑制的方法。為便于說明問題，本文以 MAX2827 802.11a/g收發(fā)器的 PCB布局作為參考設(shè)計。
設(shè)計 RF電路時，電源電路的設(shè)計和電路板布局常常被留到了高頻信號通路的設(shè)計完成之后。對于沒有經(jīng)過認(rèn)真考慮的設(shè)計，電路周圍的電源電壓很容易產(chǎn)生錯誤的輸出和噪聲，這會進(jìn)一步影響到 RF電路的性能。合理分配 PCB的板層、采用星型拓?fù)涞?Vcc引線（如圖1所示），并在 Vcc引腳加上適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙荩瑢⒂兄诟纳葡到y(tǒng)的性能，獲得最佳指標(biāo)。
圖 1：星型拓?fù)涞?Vcc布線
電源布線和旁路的基本原則
明智的 PCB板層分配便于簡化后續(xù)的布線處理，對于一個四層 PCB板(WLAN
中常用的電路板)，在大多數(shù)應(yīng)用中用電路板的頂層放置元器件和 RF引線，第二層作為系統(tǒng)地，電源部分放置在第三層，任何信號線都可以分布在第四層。第二層采用連續(xù)的地平面布局對于建立阻抗受控的 RF信號通路非常必要，它還便于獲得盡可能短的地環(huán)路，為第一層和第三層提供高度的電氣隔離，使得兩層之間的耦合最小。當(dāng)然，也可以采用其它板層定義的方式(特別是在電路板具有不同的層數(shù)時)，但上述結(jié)構(gòu)是經(jīng)過驗證的一個成功范例。
大面積的電源層能夠使 Vcc布線變得輕松，但是，這種結(jié)構(gòu)常常是引發(fā)系統(tǒng)性
能惡化的導(dǎo)火 索，在一個較大平面上把所有電源引線接在一起將無法避免引腳之間的噪聲傳輸。反之，如果使用星型拓?fù)鋭t會減輕不同電源引腳之間的耦合。
展開 在PCB中，構(gòu)成回流路徑的層被稱為接地平面。
互連
互連是電子系統(tǒng)不同部分之間的連接器件，包括PCB、BGA或引腳等多種形式。由于互連在器件之間傳輸信號和電源，因此很容易受到電源完整性問題的影響。
地彈
地彈是接地電壓暫時從其預(yù)期的恒定值“反彈”的現(xiàn)象。在信號電路中，電壓的快速變化會引起電流波動，進(jìn)而產(chǎn)生EMI，這會在接地平面中產(chǎn)生不必要的電流，從而導(dǎo)致地彈。此外，PCB走線和過孔中的寄生電容在開關(guān)過程中儲存和釋放電荷，也會導(dǎo)致地彈現(xiàn)象的發(fā)生。
抖動
抖動是指數(shù)字信號中由于PDN噪聲、信號和電源電路的EMI、時序問題和器件參數(shù)變化等因素引起的偏移。抖動是導(dǎo)致信號完整性問題的主要原因之一，因此減少抖動是電路板設(shè)計中的重要一環(huán)。為了實現(xiàn)電源完整性，工程師通過降低電源和接地電壓的可變性以及減少電源和信號電路之間的電感耦合來最大限度地減少抖動。
寄生損耗
這是指電路中由于能量傳遞導(dǎo)致的功率損耗，這部分能量損耗對電路的功能或輸出都沒有貢獻(xiàn)。在電源完整性方面，這包括由電容、電感和電阻效應(yīng)引起的功率損耗。寄生損耗不僅會降低電路效率，還會導(dǎo)致不必要的熱量，進(jìn)而影響性能和系統(tǒng)穩(wěn)健性。除了電源完整性之外，寄生損耗還會影響信號完整性。
焦耳熱
當(dāng)電流遇到材料中的電阻時，一些電能會被轉(zhuǎn)換為熱能。這一過程被稱為焦耳熱效應(yīng)，以物理學(xué)家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳的名字命名。產(chǎn)生的熱能大小與材料的電阻和電流的數(shù)學(xué)平方成正比。
PDN阻抗
PDN阻抗是由于電阻、電感和電容導(dǎo)致的PDN中的電流流動的阻礙。電源完整性設(shè)計的最終目標(biāo)是將PDN阻抗保持低于系統(tǒng)的目標(biāo)阻抗。目標(biāo)阻抗與頻率相關(guān)，而且變化范圍很大，從直流時的小于1 mΩ，到10 GHz頻率下的低于100 mΩ。PCB的布局會影響PDN阻抗、電流路徑的電感、以及電源層和信號層走線之間的電容。
展開 二、PCB及電路抗干擾措施
印制電路板的抗干擾設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計的幾項常用措施做一些說明。
1.電源線設(shè)計
根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。
2.地線設(shè)計
在電子產(chǎn)品設(shè)計中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子產(chǎn)品中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：
（1）正確選擇單點接地與多點接地
在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點接地的方式。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。當(dāng)工作頻率在1～10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點接地法。
（2）數(shù)字地與模擬地分開。
電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。要盡量加大線性電路的接地面積。
（3）接地線應(yīng)盡量加粗。
若接地線用很細(xì)的線條，則接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子產(chǎn)品的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能降低。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。
展開 3、混合接地
結(jié)合了單點接地和多點接地的綜合應(yīng)用，一般是在單點接地的基礎(chǔ)上再通過一些電感或電容多點接地，它是利用電感、電容器件在不同頻率下有不同阻抗的特性，使地線系統(tǒng)在不同的頻率下具有不同的接地結(jié)構(gòu)，主要適用于工作在混合頻率下的電路系統(tǒng)。
要注意分清楚模擬電路的地與數(shù)字電路的地，以及他們的最佳公共連接點。
提醒：在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用單點接地。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。當(dāng)工作頻率在1～10MHz之間時，如果采用單點接地，其地線長度不得超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點接地方式。
展開 12、浮地
將電路中某條支路作為0V參考而不接地。
接“地”的方式
1、單點接地
指所有電路的地線接到公共地線的同一點，以減少地回路之間的相互干擾。
可以防止不同子系統(tǒng)中的電流與RF電流，經(jīng)過同樣的返回路徑，從而避免造成相互之間 的共模噪聲耦合。
根據(jù)不同系統(tǒng)的特點，可以選擇串聯(lián)單點接地與并聯(lián)單點接地。
2、多點接地
指系統(tǒng)內(nèi)各部分電路就近接地。
3、混合接地
結(jié)合了單點接地和多點接地的綜合應(yīng)用，一般是在單點接地的基礎(chǔ)上再通過一些電感或電容多點接地，它是利用電感、電容器件在不同頻率下有不同阻抗的特性，使地線系統(tǒng)在不同的頻率下具有不同的接地結(jié)構(gòu)，主要適用于工作在混合頻率下的電路系統(tǒng)。
要注意分清楚模擬電路的地與數(shù)字電路的地，以及他們的最佳公共連接點。
提醒：
在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用單點接地。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。當(dāng)工作頻率在1～10MHz之間時，如果采用單點接地，其地線長度不得超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點接地方式。
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接地電路的最新內(nèi)容
一期一會 | 什么是電源完整性？3個月前
根據(jù)仿真結(jié)果，工程師可以更改電源和接地電路的幾何結(jié)構(gòu)，添加或移動熱過孔，并應(yīng)用電子熱管理最佳實踐來傳遞和控制熱量。
與Ansys SIwave軟件結(jié)合使用時，Ansys Icepak軟件是此類分析的有效工具。它可以直接從ECAD軟件讀取幾何結(jié)構(gòu)，并開展電流和功耗仿真。然后，熱流數(shù)據(jù)可傳輸?shù)絀cepak軟件，以用于計算和更新電磁模型中的溫度。
圖1-1 電磁輻射干擾
1.1 仿真思路
設(shè)備系統(tǒng)的EMS性能涉及因素比較多，包括機(jī)殼屏蔽性能、場線耦合、系統(tǒng)接地、電路板設(shè)計合理性等，因素繁多且比較復(fù)雜，本案例只從PCB單板的角度分析PCB的EMS設(shè)計狀態(tài)，提出PCB的抗輻射優(yōu)化方法，有利于整機(jī)系統(tǒng)的EMS性能提升，該案例基于ANSYS SIwave，進(jìn)行關(guān)鍵PCB電路的感應(yīng)電壓分析，指定外界電磁輻射能量以及輻射方向，計算關(guān)注電路節(jié)點上的感應(yīng)電壓頻域輻值大小
4.8 高速數(shù)字通信電路板電磁干擾
4.9 機(jī)電一體化控制電路板輻射受擾RS
4.10 數(shù)模混合電路設(shè)計分析方案
4.11 高速總線仿真解決方案
4.12 PCB關(guān)鍵芯片布局方案
4.13 電源去耦自動優(yōu)化方案
4.14 電子機(jī)箱系統(tǒng)輻射分析方案-RE
4.15 多負(fù)載總線仿真分析方案
4.16 DDR高速總線仿真分析
4.17 電路板電熱耦合分析
4.18 電路板接地噪聲引起的設(shè)備輻射
此外，電離電流和點火電流通過同樣的接地電路，因點火電流比電離電流強(qiáng)得多，如果兩種電流流向相反，電離電流將被點火電流阻擋，造成火焰形成后，燃燒器卻斷路了，這種缺陷可以通過點火變壓器反向輸入來補(bǔ)償，因為反接電線后，造成點火
變壓器的交流電方向旋轉(zhuǎn) 180°，產(chǎn)生的點火電流方向也旋轉(zhuǎn) 180°，結(jié)
果兩種電流方向一致，這樣上述缺陷也即克服。
所有集成電路接地引腳應(yīng)直接連接到低阻抗接地層，從而將串聯(lián)電感和電阻降至最低（意思是不要用什么IC座之類的東東）。對于高速器件，不推薦使用傳統(tǒng)IC插槽。即使是“小尺寸”插槽，額外電感和電容也可能引入無用的共享路徑，從而破壞器件性能。如果插槽必須配合DIP封裝使用，例如在制作原型時，個別“引腳插槽”或“籠式插座”是可以接受的。
在布局過程的這個階段，請記住以下一些準(zhǔn)則：
1）定位電源和接地平面層
始終建議將電源和接地平面層置于電路板內(nèi)部，同時保持對稱和居中。這有助于防止你的電路板彎曲，這也關(guān)系到你的元件是否正確定位。
對于給 IC 供電，建議為每路電源使用公共通道，確保有堅固并且穩(wěn)定的走線寬度，并且避免元件到元件之間的菊花鏈?zhǔn)诫娫催B接。
如圖2所示：
圖2
下面我們來看一下其工作流程：
Pin 1 (接地) ：地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。
Pin 2 (觸發(fā)點) ：這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC。
為抑制外部高壓輸電線路的干擾影響，采用接地措施，常用的接地方式有兩種，現(xiàn)分別討論如下：
分散接地方式
外殼接地電路接地就是將通信大樓的防雷接地、電源系統(tǒng)接地、通訊設(shè)備的各類接地以及其他設(shè)備的接地分別接入相互分離的接地系統(tǒng)，由于地線系統(tǒng)不斷增多，地線間潛在的耦合影響往往難以避免，分散接地反而容易引起干擾。同時主體建筑物的高度不斷增加，其接地方式所帶的不安全因素也越來越大。
中央接地排額外還要通過另外的電纜與保護(hù)電路(接地電極)連接。屏蔽總線用于確保各個電纜的屏蔽連接可靠，它通過一個橫梁實現(xiàn)大面積的金屬到金屬聯(lián)接。
9、不能將裝有顯示器的操作面板安裝在靠近電纜和帶有線圈的設(shè)備旁邊，例如電源電纜，接觸器，繼電器，螺線管閥，變壓器等等，因為它們可以產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場。
為抑制外部高壓輸電線路的干擾影響，采用接地措施，常用的接地方式有兩種，現(xiàn)分別討論如下：
分散接地方式
外殼接地電路接地就是將通信大樓的防雷接地、電源系統(tǒng)接地、通訊設(shè)備的各類接地以及其他設(shè)備的接地分別接入相互分離的接地系統(tǒng)，由于地線系統(tǒng)不斷增多，地線間潛在的耦合影響往往難以避免，分散接地反而容易引起干擾。同時主體建筑物的高度不斷增加，其接地方式所帶的不安全因素也越來越大。
