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Méthodes et techniques de conception de mise à la terre à point unique dans la conception de PCB

Les cartes de circuit imprimé sont très importantes pour la conception de la mise à la terre du signal. Si la mise à la terre n'est pas conçue correctement, la carte PCB peut produire du bruit de mise à la terre et du rayonnement électromagnétique pendant l'utilisation, ce qui aura un impact significatif sur les performances électriques globales du produit.

Par conséquent, l'éditeur invite la technologie de circuit fort, à partir d'un point de mise à la terre unique, de plusieurs points de mise à la terre, d'une mise à la terre hybride, d'une mise à la terre de circuit analogique, d'une mise à la terre de circuit numérique et d'autres aspects Pour vous présenter les idées de conception de la mise à la terre de la carte de circuit imprimé pcb., Méthodes et techniques de conception. On peut dire que la sincérité est pleine, et les marchandises sèches sont nombreuses.

En raison des contraintes d'espace, aujourd'hui, nous allons d'abord parler de l'approche de conception d'un point de mise à la terre unique dans la carte.

Une connexion à la terre à point unique se réfère à la connexion d'un circuit de mise à la terre à un seul point de référence lors de la conception d'un produit PCB. Le but de cette mise à la Terre rigoureuse est d'empêcher les courants provenant de deux sous - systèmes différents (avec des niveaux de référence différents) de traverser le même chemin de retour que les courants RF, ce qui conduit à un couplage d'impédance commun.

L'utilisation de la technologie de mise à la terre à point unique est optimale lorsque les composants, les circuits, les interconnexions, etc. fonctionnent tous dans une gamme de fréquences de 1 MHz ou moins, ce qui signifie que l'impact de l'impédance de transmission distribuée est minime. Aux fréquences plus élevées, l'inductance du trajet de retour devient non négligeable. Lorsque la fréquence est plus élevée, l'impédance du plan de puissance et des traces d'interconnexion est plus importante. Ces impédances peuvent devenir très importantes si la longueur de ligne est un multiple impair de 1 / 4 de la longueur d'onde du signal (la longueur d'onde étant déterminée par la vitesse de front montant du signal périodique). La présence d'une impédance limitée dans la voie de retour du courant va générer une chute de tension et va générer un courant radiofréquence indésirable. Ceci est particulièrement remarquable dans les cartes PCB haute fréquence.

Ces traces et conducteurs de masse fonctionnent comme des antennes en anneau en raison de l'influence importante de l'impédance RF, et l'énergie rayonnée dépend de la taille de la boucle. L'anneau bouclé, quelle que soit sa forme, reste une antenne. Ainsi, lorsque la fréquence est supérieure à 1 MHz, la technologie de mise à la terre à point unique n'est généralement plus utilisée. Sur la figure 1 ci - dessous, deux approches de la technique de mise à la terre à point unique sont représentées: une mise à la terre en série et une mise à la terre en parallèle. La mise à la terre en série est une structure de chaîne en cascade qui permet un couplage d'impédance commun entre les références de terre de chaque sous - système. Cela n'est pas justifié lorsque la fréquence est supérieure à 1 MHz. Cette figure ne représente que l'inductance dans le circuit de masse, ces trois circuits de masse ayant également une capacité répartie. La résonance se produit lorsque l'inductance et la capacité sont présentes simultanément. Pour cette structure, il peut y avoir 3 résonances différentes.

Méthode de mise à la terre à point unique dans la conception de PCB

Pour une mise à la masse en série, le courant total traversant la voie de retour finale L1 est i1 + I2 + I3. Les tensions I1 (va) et I3 (VC) ne sont pas nulles, mais va est défini par la formule suivante = (I1 + I2 + I3) Íl1

VC = (I1 + I2 + I3) Íl1 +

Avec cette structure largement utilisée, un courant important va créer une chute de tension sur une impédance limitée. La référence de tension entre le circuit et la structure de référence peut être suffisante pour empêcher le système de fonctionner comme prévu.

Au cours de la phase de conception de la carte PCB, les concepteurs doivent prêter attention aux problèmes cachés dans la technologie de mise à la terre en série qui utilise un point de mise à la terre unique. Cette technique de mise à la terre ne peut pas être utilisée s'il existe plusieurs circuits de niveaux de puissance différents, car les circuits de puissance élevée génèrent un courant de masse important, ce qui affecte les appareils et les circuits de faible puissance. Si cette méthode de mise à la terre doit être utilisée, le circuit le plus sensible doit être placé directement à l'emplacement de l'entrée d'alimentation et aussi loin que possible des appareils et circuits de faible puissance.

Une meilleure méthode de mise à la terre à un seul point est la mise à la terre en parallèle. Cependant, l'utilisation d'un tel procédé présente l'inconvénient que la tension de bruit de masse est accentuée car chaque voie de retour de courant peut avoir une impédance différente. Si plusieurs cartes de circuits imprimés sont utilisées en combinaison, ou si plusieurs sous - ensembles sont utilisés dans le produit final, un certain circuit peut être long, surtout si ces lignes sont utilisées pour l'interconnexion. Ces lignes de mise à la terre peuvent également présenter une impédance importante, ce qui nuirait à l'effet recherché d'une connexion de mise à la terre à faible résistance.

Lorsque plusieurs cartes de circuit imprimé sont connectées en parallèle de cette manière, on pense qu'une mise à la terre stricte peut résoudre le problème, mais il s'avère que le produit ne peut pas passer le test de rayonnement. Comme pour les connexions en série, il y a une capacité répartie de chaque circuit à la masse. Lors de l'utilisation de cette disposition, le concepteur doit faire en sorte que la valeur de l'inductance de chaque chemin de retour à la terre soit à peu près la même, bien que cela soit difficile à réaliser en pratique. De cette façon, la résonance entre chaque circuit et la masse doit être à peu près la même, de sorte qu'il n'y ait pas de résonances multiples qui affectent le fonctionnement du circuit. Un autre problème avec l'utilisation de la technologie de mise à la terre à point unique est le couplage radiatif. Ce phénomène peut se produire entre les fils, entre les fils et la carte de circuit imprimé ou entre les fils et le boîtier. En plus du couplage radiatif RF, une diaphonie peut également se produire en fonction de la distance physique entre les trajets de retour du courant. Ce couplage peut se présenter sous forme Capacitive ou inductive. Le degré de diaphonie dépend de la gamme de fréquences du signal de retour et le rayonnement de la composante haute fréquence est plus grave que celui de la composante basse fréquence.

La technologie de mise à la terre à point unique est couramment utilisée dans les circuits audio, les appareils analogiques, les systèmes d'alimentation à fréquence industrielle et à courant continu et les produits en plastique. Alors que la technologie de mise à la terre à point unique est généralement utilisée dans les basses fréquences, elle est parfois utilisée dans les cartes ou systèmes PCB haute fréquence. Une telle application est possible lorsque le concepteur est conscient de tous les problèmes liés à l'inductance dans les différentes structures de mise à la terre.