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淺談PCB中防止共阻抗干擾的地線(xiàn)設計

作者: 時(shí)間:2014-06-06 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

電子電路中,共阻抗干擾對電路的正常工作帶來(lái)很大影響。在電路設計中,尤其在高頻電路的設計中,必須防止的共阻抗所帶來(lái)的影響。通過(guò)對共阻抗干擾形式的分析,詳細介紹一點(diǎn)接地在電子電路中,特別是在高頻電路中對共阻抗干擾的抑制作用,以及采用一點(diǎn)接地防止共阻抗應注意的問(wèn)題。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/247930.htm

同時(shí)對板內布局的主要形式和要求進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述。

0前言

在電子電路中,多數元器件都要通過(guò)形成回路,線(xiàn)設計合理與否,直接影響電路的工作。盡可能地降低由于地線(xiàn)設計不和理產(chǎn)生對信號傳輸的干擾。

在電路圖中,接地常用符號

來(lái)表示,表示電路中的零電位,并用來(lái)作為電路的其他各點(diǎn)的公共參考點(diǎn)。電路的各點(diǎn)電壓、電流和信號電平的大小均是以地線(xiàn)作為基準電壓來(lái)表示的。在閱讀電路圖和理解電路工作狀態(tài)時(shí),常把地線(xiàn)和各接地點(diǎn)之間視作無(wú)電位差的零電位點(diǎn)。而在實(shí)際電路工作中,由于地線(xiàn)的阻抗(電阻、電感)的存在,會(huì )產(chǎn)生一定的電位差。這些電位差的存在,必然對電路的工作帶來(lái)影響。在PCB設計中必須注意和消除地線(xiàn)阻抗的影響。

 

1地線(xiàn)對電路產(chǎn)生干擾的形式

1. 1全電流共阻抗干擾

如圖1中,電路1和電路2通過(guò)公用地線(xiàn)AB與電源形成回路。線(xiàn)段AB可等效為一個(gè)電阻和電感的串聯(lián)回路,因而形成共阻抗效應。在工作時(shí),電路1、2的電流變動(dòng),將引起A點(diǎn)電位變化,使電路1、2相互產(chǎn)生干擾。如電路2有輸出至電路3,干擾也將竄入電路3中,因此形成全電流共阻抗干擾。

例如有一段長(cháng)為10cm,寬為1. 5cm的印制導線(xiàn),其銅箔厚度為50微米,導線(xiàn)電阻為:

若ρ= 0. 02,則R約為0. 026Ω。當電路1工作在低頻時(shí),電路的交變電流為1A,則在這段印制導線(xiàn)上約產(chǎn)生0.026V的交變電壓降而作用在電路2上。在高頻時(shí),地線(xiàn)的共阻抗干擾,主要以導線(xiàn)的電感為主。當一段導線(xiàn)長(cháng)度遠大于其寬度時(shí),導線(xiàn)的自感量可按0. 8微亨/米計算。同樣一段長(cháng)10cm的導線(xiàn),當其通過(guò)的工作頻率為30MHz時(shí),此段導線(xiàn)所呈現的感抗RL= 2πL≈16Ω??梢?jiàn)在頻率升高時(shí),導線(xiàn)的感抗將比導線(xiàn)本身的電阻要大幾個(gè)數量級。即使導線(xiàn)中流過(guò)很小的高頻電流,如為10mA,在導線(xiàn)上將產(chǎn)生0.16V的高頻電壓。因而,對于高頻電路,在制作PCB時(shí),印制導線(xiàn)要盡可能短,以減少導線(xiàn)感抗對電路帶來(lái)的損耗與干擾。

 

 

 

圖1地線(xiàn)共阻抗干擾

1. 2局部電流共阻抗干擾

如圖2所示,當印制板采用環(huán)形地線(xiàn),各接地元件按就近分散接地。這樣末級的交流信號一部分通過(guò)地線(xiàn)AD形成回路,在導線(xiàn)AD上產(chǎn)生交流壓降。

由于前級的晶體管發(fā)射極和基極與末級共用導線(xiàn)BC,在導線(xiàn)BC上產(chǎn)生共阻抗干擾。這種干擾是以局部電流的形式在公共地線(xiàn)上產(chǎn)生耦合,形成局部電流共阻抗干擾。

 

 

圖2另一種共阻抗干擾

全電流共阻抗干擾主要存在于級與級之間。局部電流共阻抗干擾則是指部分和個(gè)別元件與導線(xiàn)的接地點(diǎn)不良而對其他電路引起的干擾。

2防止共阻抗干擾的方法

各級內部接地。各級內部接地是防止局部電流共阻抗干擾的主要方法。即有效地防止了本級的交流信號通過(guò)各接地元件而逸出至本級以外的電路中去,或其他電路的交流信號,通過(guò)本級的各接地元件而檢拾進(jìn)來(lái)。

無(wú)論對于低頻、中頻、還是高頻各級電路,防止局部電流的共阻抗干擾,唯一有效的方法是采用一點(diǎn)接地。

一點(diǎn)接地的形式如圖3所示。圖中將各級內部的接地元件,即本級電路的發(fā)射極基極和集電極的所有接地元件,均安排在一個(gè)接地點(diǎn)上與地線(xiàn)相接。

這樣,就能有效地防止交流信號通過(guò)接地元件的發(fā)散和接收,使接地純凈。

 

 

圖3一點(diǎn)接地

在實(shí)際電路中,各級的接地元件較多,不可能將這些元件同時(shí)穿入一個(gè)穿線(xiàn)孔內,而是將本級接地元件盡可能就近安排在公共地線(xiàn)的一段或一個(gè)區域內,如圖4a所示。有時(shí)遇到元件體積限制或排列上的原因,就近安排有困難時(shí),可采用圖4b所示的接地形式,同樣可達到一點(diǎn)接地的效果。

 

 

圖4排版中的一點(diǎn)接地

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