pcb設計中關于接地
單點接地,多點接地,混合接地
Gnd定義:
Gnd是電線接地端的簡寫,代表地線或者0線。這個地并不是真正意義上的地,是處于應用而假設的地。不管是高頻。低頻,電源。本質都是閉合的電回路,從電源的正極出發回到電源的負極,也就是pcb上常說的回路,信號出去,總要回來,回到哪里?就是電源的負極(地)
為了便于使用,大家把電源的負極作為0電勢點,電勢比0高1v ,那電壓就是1v,高2v電壓就是2v電壓的另一個名字叫電勢差,電勢差是相對值,不是絕對值,既然是相對值就必須有參考點,就是相對于參考點是多少就是多少
A說他高是給小朋友比
B說他矮是給姚明比
請問 ab誰高?
答案是不知道
所以相比必須是有一個共同的參考點,
電壓也是一樣的,你說你3v 他說他5v 但是你倆參考的0電勢不是同一個就沒有可比性了
把你倆參考的0電勢接在一起,才能說明5v 比3v高
通常情況下板子上都有一個完整的地,所有的信號供地。但是有些信號怕干擾,尤其大電流的回流路徑,低頻干擾就會較強。所有怕干擾的信號,把他的回流路徑和其他的分來,但是大家又都參考統一電源負極,所以地最后還會單點接起來
單點接地
單點接地:線路中只有一個物理點被定義為接地參考點,凡需要接地均接于此。缺點:不適宜用于高頻場合。
1) 串聯單點接地(優點是好處理,缺點是容易形成共地阻抗干擾,在大功率和小功率電路混合的系統中,切忌使用,因為大功率電路的地線電流會影響小功率電路的正常工作,另外最敏感的電路要放在a點,這點電位是最穩定的。
2) 并聯接地(優點:無公共阻抗耦合,缺點:是接地線較多,不好操作)
3) 串并聯混合接地(將電路按照特性分組,相互之間不易發生干擾的電路放置一組;相互之間容易發生干擾的電路放置在不同組,每個組采用串聯單點接地,不同組的接地采用并聯單點接地,避免相互之間干擾
多點接地:
多點接地是指凡是需要接地的點,都就近連接到地平面,接地線較短,適用于高頻和數字電路,缺點是可能造成信號對地回路的干擾。
混合接地:
混合接地通常有兩種情況
1)低頻時電容阻抗大,故對地斷開,電路單點接地
高頻時電容阻抗小,對地導通電路多點接地
2)低頻是電感阻抗小對地導通電路多點接地
高頻時電感阻抗較大,對地斷開電路單點接地,混合接地的電容,容量一般在10nf以下,取決于需要接地的頻率
如果將設備安全的斷開,地環路就被切斷,可以解決環路電流的干擾。但出于安全的考慮,機箱必須接到安全的地上。圖中所示的接地系統解決了這個問題,對于頻率較高的地環路電流,地線是斷開的,而對于50hz的交流電,機箱都是可靠接地的。
懸浮接地:
3)懸浮接地是指系統各電路都有自己的參考地通過低阻抗線將其接到信號地構成懸浮從而將信號與其他參考地及導體相互隔離,目的是使電路或設備與公共地線可能引起環流的公共導線隔離起來,浮地還使不同電位的電路之間配合變得容易。缺點:容易出現靜電積累引起強烈的靜電放電。折中方案:接入泄放電阻。(電阻泄放靜電更好,電容泄放電磁更好)
策略和總結
4)單點和多點接地的策略
5) 單點地要解決的問題就是針對“公共地阻抗耦合”和“低頻地環路”;多點地是針對“高頻所容易通過長地走線產生的共模干擾”
6)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流對干擾影響較大,因而應采用一點接地。
7)當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降低地線阻抗應采用就近多點接地。
8)當工作頻率在1~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應采用多點接地法。數字地與模擬地之間單點接地,數字地之內多點接
l 電磁兼容(emc)的兩個基本原則
9) 第一個原則是盡可能減小電流環路的面積;第二個原則是系統只采用一個參考面。
10)混合接地是低頻用單點接地而高頻用多點接地的方法。地線布局是關鍵的。高頻數字電路和低電平模擬電路的地回路絕對不能混合。
11)當設計高頻(f >10MHz)電路時就要采用多點接地了或者多層板(完整的地平面層)。模擬信號和數字信號都要回流到地,因為數字信號變化速度快,從而在數字地上引起的噪聲就會很大,而模擬信號是需要一個干凈的地參考工作的。如果模擬地和數字地混在一起,噪聲就會影響到模擬信號。一般來說,模擬地和數字地要分開處理,然后通過細的走線連在一起,或者單點接在一起??偟乃枷胧潜M量阻隔數字地上的噪聲竄到模擬地上。當然這也不是非常嚴格的要求模擬地和數字地必須分開,如果模擬部分附近的數字地還是很干凈的話可以合在一起。
對于一般器件來說,就近接地是最好的,采用了擁有完整地平面的多層板設計后,對于一般信號的接地就非常容易了,基本原則是保證走線的連續性,減少過孔數量;靠近地平面或者電源平面,等等
電路中使用0歐電阻隔離數字地和模擬地的優勢
12)模擬地和數字地單點接地,只要是地,最終都要接到一起,然后入大地。如果不接在一起就是“浮地”,存在壓差,容易積累電荷,造成靜電。
13)如果把模擬地和數字地大面積直接相連,會導致互相干擾。不短接又不妥,理由如上有四種方法解決此問題:
14)用磁珠連接。磁珠的等效電路相當于帶阻限波器,只對某個頻點的噪聲有顯著抑制作用,使用時需要預先估計噪點頻率,以便選用適當型號。對于頻率不確定或無法預知的情況,磁珠不合適。
15)用電容連接。電容隔直通交,造成浮地。
16)用電感連接。電感體積大,雜散參數多,不穩定。
17)用0歐姆電阻連接。0歐電阻相當于很窄的電流通路,能夠有效地限制環路電流,使噪聲得到抑制。