PCB-Technologie - Erdstörungen und Unterdrückung im PCB Layout Design

1. Definition von Erdungskabel

In LeiterplattenLayout Design, was ist der Erdungskabel? Die Definition des Erdungskabels, die jeder in Lehrbüchern lernt, lautet: Der Erdungskabel ist ein Potenzialäquivalentkörper, der als Bezugspunkt des Schaltungspotenzials verwendet wird. Diese Definition entspricht nicht der tatsächlichen Situation. Das Potential auf dem eigentlichen Erdungskabel ist nicht konstant. Wenn Sie ein Messgerät verwenden, um das Potenzial zwischen den Punkten auf der Grundlinie zu messen, Sie werden feststellen, dass die Potenziale der Punkte auf der Grundlinie stark variieren können. Es sind diese Potentialunterschiede, die den abnormalen Betrieb des Schaltkreises verursachen. Die Definition eines Schaltkreises als gleichpotentialkörper ist nur die Erwartung der Menschen an das Erdpotential. HENRY gab eine realistischere Definition des Erdungskabels. Er definierte den Erdungskabel als niederohmigen Pfad, damit das Signal zurück zur Quelle fließt.. Diese Definition hebt den Stromfluss im Erdungskabel hervor. Nach dieser Definition, Es ist leicht, die Ursache des Potenzialunterschieds im Erdungskabel zu verstehen. Weil die Impedanz des Erdungskabels niemals Null sein wird, Wenn ein Strom durch die endliche Impedanz fließt, ein Spannungsabfall tritt auf. Daher, Wir sollten uns das Potential auf dem Erddraht als Wellen im Meer vorstellen, einer nach dem anderen.

2. Die Impedanz des Erdungskabels

Apropos des Potentialunterschieds zwischen den Punkten auf dem Erdungskabel, der durch die Impedanz des Erdungskabels verursacht wird, der dazu führen kann, dass der Stromkreis nicht funktioniert, finden viele Menschen es unglaublich: Wenn wir einen Ohmmeter verwenden, um den Widerstand des Erdungskabels zu messen, liegt der Widerstand des Erdungskabels oft im Milliohm-Niveau. Wie kann ein solcher großer Spannungsabfall auftreten, wenn der Strom durch einen so kleinen Widerstand fließt und anormalen Schaltungsbetrieb verursacht.

3. Bodeninterferenzmechanismus

3.1 Gemeinsame Impedanzstörung Wenn zwei Schaltungen einen Abschnitt des Erdungsdrahts teilen, wird das Erdungspotential einer Schaltung durch den Arbeitsstrom der anderen Schaltung aufgrund der Impedanz des Erdungsdrahts moduliert. Das Signal in einer solchen Schaltung wird in eine andere Schaltung gekoppelt, diese Kupplung wird gemeinsame Impedanzkopplung genannt.

In digitalen Schaltungen weist der Massekabel aufgrund der höheren Frequenz des Signals oft eine größere Impedanz auf. Zu diesem Zeitpunkt, wenn es verschiedene Schaltungen gibt, die einen Erdabschnitt teilen, kann das Problem der gemeinsamen Impedanzkopplung auftreten

4. Gegenmaßnahmen gegen Bodenstörungen

4.1 In der PCB-Design layout, Gegenmaßnahmen der Masseschleife Aus dem Mechanismus der Masseschleife Interferenz, Es kann bekannt sein, dass solange der Strom in der Erdschleife reduziert wird, die Störung der Erdschleife kann reduziert werden. Wenn der Strom in der Masseschleife vollständig eliminiert werden kann, Das Problem der Erdschleifeninterferenz kann vollständig gelöst werden. Daher, Wir schlagen die folgenden Lösungen zur Störung der Erdschleife vor.

A. Schweben der Ausrüstung an einem Ende. Wenn die Schaltung an einem Ende schwebt, wird die Masseschleife abgeschnitten, so dass der Masseschleifenstrom eliminiert werden kann. Aber es gibt zwei Punkte, die beachtet werden müssen: Zum einen dürfen Schaltkreise aus Sicherheitsgründen oft nicht schwimmen. Erwägen Sie zu diesem Zeitpunkt, das Gerät durch einen Induktor zu erden. Auf diese Weise ist für 50Hz Wechselstromgeräte die Erdungsimpedanz sehr klein, und für Störsignale mit höheren Frequenzen ist die Erdungsimpedanz der Ausrüstung größer und reduziert den Erdungsschleifenstrom. Dies kann jedoch nur die Masseschleifenstörungen von Hochfrequenzstörungen reduzieren. Ein weiteres Problem ist, dass, obwohl das Gerät schwebt, es immer noch eine parasitäre Kapazität zwischen dem Gerät und dem Boden gibt. Diese Kapazität liefert eine niedrigere Impedanz bei höheren Frequenzen, so dass sie den hochfrequenten Masseschleifenstrom nicht effektiv reduzieren kann.

B. Verwenden Sie einen Transformator, um die Verbindung zwischen Geräten zu realisieren. Verwenden Sie einen Magnetkreis, um zwei Geräte anzuschließen, um den Erdungsschleifenstrom abzuschneiden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die parasitäre Kapazität zwischen dem Primär- und Sekundärtransformator immer noch einen Pfad für den höherfrequenten Masseschleifenstrom bereitstellen kann, so dass das Transformatortrennverfahren einen schlechten Unterdrückungseffekt auf den Hochfrequenz-Masseschleifenstrom hat. Eine Möglichkeit, den Hochfrequenz-Isolationseffekt des Transformators zu verbessern, besteht darin, eine Abschirmschicht zwischen der Primär- und Sekundärstufe des Transformators zu installieren. Es ist jedoch zu beachten, dass sich das Erdungsende der Abschirmschicht des Isolationstransformators an einem Ende des Empfangskreises befinden muss. Andernfalls kann nicht nur der Hochfrequenz-Isolationseffekt verbessert werden, sondern kann die Hochfrequenz-Kopplung auch ernster machen. Daher sollte der Transformator an der Seite des Signalempfangsgeräts installiert werden. Ein gut abgeschirmter Transformator kann eine effektive Isolation bei Frequenzen unter 1MHz bieten.

C. Eine andere Möglichkeit, die Erdschleife mit einem optischen Isolator abzuschneiden, besteht darin, Licht zur Realisierung der Signalübertragung zu verwenden. Dies ist der ideale Weg, um das Problem der Erdschleifeninterferenz zu lösen. Es gibt zwei Methoden für die optische Verbindung, eine ist Optokoppler-Gerät und die andere ist Verbindung mit Glasfaser. Die parasitäre Kapazität des Optokopplers beträgt im Allgemeinen 2pf, was eine gute Isolation bei sehr hohen Frequenzen bieten kann. Glasfaser hat fast keine parasitäre Kapazität, ist aber Optokoppler-Geräten in Bezug auf Installation, Wartung und Kosten unterlegen.

D. Die Verwendung von Gleichtaktdrosseln auf dem Verbindungskabel entspricht der Erhöhung der Impedanz der Masseschleife, so dass unter einer bestimmten Massespannung die Masseschleife

Der Stromkreis nimmt ab. Aber achten Sie darauf, die parasitäre Kapazität der Gleichtaktdrossel zu steuern, sonst ist der Isolationseffekt auf Hochfrequenzstörungen sehr schlecht. Je mehr Drehungen der Gleichtaktdrossel, desto größer ist die parasitäre Kapazität und desto schlechter ist der Effekt der Hochfrequenz-Isolation.

4.2 Beseitigung der gemeinsamen Impedanzkupplung Es gibt zwei Möglichkeiten, die gemeinsame Impedanzkupplung zu beseitigen. Eine ist, die Impedanz des gemeinsamen Erdungsdrahts zu reduzieren, so dass auch die Spannung am gemeinsamen Erdungskabel reduziert wird, dadurch die gemeinsame Impedanzkupplung steuern. Eine andere Methode besteht darin, den gemeinsamen Erdungskabel von Schaltungen zu vermeiden, die sich leicht gegenseitig durch richtige Erdung stören lassen. Allgemein, Vermeiden Sie den gemeinsamen Erdungskabel von starken und schwachen Stromkreisen, und der gemeinsame Erdungskabel von digitalen Schaltungen und analogen Schaltungen. Wie bereits erwähnt, Das Kernproblem der Verringerung der Impedanz des Erdungskabels besteht darin, die Induktivität des Erdungskabels zu verringern. Dazu gehört auch die Verwendung eines flachen Leiters als Erdungskabel, und Verwendung mehrerer paralleler Leiter, die als Massedraht weit voneinander entfernt sind. Für Leiterplatten, Das Verlegen eines Erddrahtgitters auf einer Doppelschichtplatte kann die Erddrahtimpedanz effektiv reduzieren. In einer Mehrschichtplatte, Eine spezielle Schicht aus Erdungsdraht hat eine geringe Impedanz, aber es wird die LeiterplatteDer Widerstand. Kosten. Die Erdungsmethode zur Vermeidung gemeinsamer Impedanzen durch geeignete Erdungsmethode ist die parallele Einpunkt-Erdung. Der Nachteil der Parallelerdung ist, dass es zu viele geerdete Drähte gibt. Daher, in der Praxis, Es ist nicht notwendig, dass alle Stromkreise parallel zur Einpunkt-Erdung angeschlossen werden. Für Schaltungen mit weniger gegenseitigen Störungen, Ein-Punkt-Erdung in Serie kann verwendet werden. Zum Beispiel, Die Schaltungen können nach starken Signalen klassifiziert werden, schwache Signale, analoge Signale, digitale Signale, etc., und dann die Einpunkt-Erdung in Reihe innerhalb ähnlicher Schaltkreise verwenden, Parallele Einpunkt-Erdung für Schaltungen unterschiedlicher Art.