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PCB设计考虑EMC的接地技巧

发布时间:2018-04-20 热度:

PCB设计考虑EMC的接地技巧


  PCB设计中,接地是抑制噪声和防止干扰的重要措施。根据电路的不同,有不同的接地方法,只有正确的接地才能减少或避免电路间的相互干扰。日常中主要的接地方式有两种:单点接地和多点接地。如何在考虑EMC的前提下正确的接地是本文中我们将主要讨论的问题,希望对电子设计人员有所提醒。

  一、  接地干扰消除

  在有些情况下,地线阻抗带来的干扰无法避免,尤其对电子设备理想情况下地线阻抗为零,它不仅是电路中信号电平的参考点,而且当有电流通过它时不应产生压降在具体的电子设备内,这种理想地线是不存在的地线既有电阻又有电抗,当有电流迈过时必然产生压降另一方面,地线还有可能利其他线路(信号线,电源线)形成环路当交变磁场与环路交链时,就会在地线中感应电势不论是地线流过的电流在地线上产生的压降,还是地环路所引起的感应屯势,都会使公用地线的各个电路单元产生相互干扰如何抑制地线干扰也就成为电磁兼容性设计的一个重要课题根据地线干扰形成的机理,减小地线干扰的措施可归纳为:模拟接地与数字接地分离,减小地线阻抗和屯源馈线阻抗、选择合适的接地方式,阻隔地环路等地线中的干扰电压除与流过地线中的电流有关外,还与地线的阻抗有关地线阻抗包括电阻和电感

  ZG=RG十jwL    (1)

  如欲减少ZG,就得减少RG和L但交流电在流经导体截面时并不像直流那样在导体上均匀分布,由于趋肤效应,电流集中于表面,使导体有效载流面积小于甚至远小于导体的真实截面积因此同一导体在直流、低频和高频情况下所呈现的阻抗不同;而导体的电感同样与导体半径、长度以及信号频率有关设计时应根据不同频率下的导体阻抗来选择导体截面大小,并尽可能使地线加粗和缩短。

  二、  接地方式的一般选取原则

  对于给定的设备或系统,在所关心的最高频率(对应波长为)入上,当传输线的长度L〉入,则视为高频电路,反之,则视为低频电路。根据经验法则,对于低于1MHZ的电路,采用单点接地较好;对于高于10MHZ,则采用多点接地为

  佳。对于介于两者之间的频率而言,只要最长传输线的长度L小于/20 入,则可采用单点接地以避免公共阻抗耦合。

  对于接地的一般选取原则如下:

  (1)低频电路(<1MHZ),建议采用单点接地;

  (2)高频电路(>10MHZ),建议采用多点接地;

  (3)高低频混合电路,混合接地。

  三、  接地方式

  1. 单点接地

  单点接地是整个系统中,只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都连接到这一点上。

  单点接地适用于频率较低的电路中(1MHZ以下)。若系统的工作频率很高,以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时,单点接地方式就有问题了。当地线的长度接近于1/4波长时,它就象一根终端短路的传输线,地线的电流、电压呈驻波分布,地线变成了辐射天线,而不能起到“地”的作用。

  为了减少接地阻抗,避免辐射,地线的长度应小于1/20波长。在电源电路的处理上,一般可以考虑单点接地。对于大量采用的数字电路的PCB,由于其含有丰富的高次谐波,一般不建议采用单点接地方式。

  2. 多点接地

  多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引线的长度最短。

  多点接地电路结构简单,接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少,适用于工作频率较高的(>10MHZ)场合。但多点接地可能会导致设备内部形成许多接地环路,从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。在多点接地的情况下,要注意地环路问题,尤其是不同的模块、设备之间组网时。地线回路导致的电磁干扰:

  理想地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。但实际的地线本身既有电阻分量又有电抗分量,当有电流通过该地线时,就要产生电压降。地线会与其他连线(信号、电源线等)构成回路,当时变电磁场耦合到该回路时,就在地回路

  中产生感应电动势,并由地回路耦合到负载,构成潜在的EMI威胁。

  3. 浮地

  浮地是指设备地线系统在电气上与大地绝缘的一种接地方式。

  由于浮地自身的一些弱点,不太适合一般的大系统中,其接地方式很少采用。

  四、  结束语

  正确选择一点接地和多点接地当频率低于1MHz也时,应采用一点接地;当频率高于10MHz也时,应采用就近多点接地;当工作频率在1—10MHz也时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1/20,否则应采用多点接地应采用对称、平衡结构电路及双绞屏蔽线作传输线,使两线得到的地噪声及其它干扰相等,可以在输入端相互抵消屏蔽导线的屏蔽层应一端接地,接地点应是放大器公共端或信号源公共端电路板上既有高速逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者地线不要相混,分别与电源端地线相连,尽量加大线性电路地线的截面积,使它能通过三倍于印制电路板的电流,如有可能,接地线的线径应大于3mm。

  负载地线和交流地线上都有很大电流通过,这些大电流地线与信号地应分开设置,同时大电流地线应粗些,通常应采用汇流排或粗导线各类地线应分开布线,然后,同一类地线分别短接后,再接到共同的接地点若它们之间有的不允许直接相连时,可在两者之间加接1—10uf的电容器为了达到较好的效果,常把铜网埋人地面深处,然后用铜排接到共同的接地点。


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