EMC设计时中地的分割与汇接的基础知识-小北PCB设计 Allegro,pads,PCB电路板设计,电子元器件及芯片资料分享—小北设计

EMC设计时中地的分割与汇接的基础知识

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在电路设计时,我们不能面临这些一个现实的问题,PCB中的地的分割,如数字地、模拟地、信号地、机壳地、电源地、防雷地、共模地、安全地、参考地、大地、RF地、静电地、防护地、单点地以及多点地等等,要把地的问题说清楚确实不容易,带着这个问题,和小北一起也来重新认识一下地,有些理解不对的也请大家指正。EMC中的屏蔽与隔离的基本原理请浏览:http://www.pcballegro.com/2/243.html

EMC设计时中地的分割与汇接的基础知识

在PCB单板设计中,对于噪声波动大的地(动态地)与纹波小的地(静态地),一般是要做隔离的,典型的代表是数字地与模拟地的分割。模拟信号和数字信号都要回流到地,因为数字信号变化速度快,所以在数字地上引起的噪声就会很大,而模拟信号需要一个干净的地参考工作,如果模拟地和数字地混在一起,噪声就会影响到模拟信号。一般来说,模拟地和数字地要分开处理,然后通过细的走线连在一起,或单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然也不是非常严格地要求模拟地和数字地必须分开,如果模拟部分附近的数字地的噪声干扰幅度在允许的阈值范围内就可以合在一起。举一个与模拟地和数字地相类比的例子,可以更好地理解地的分割:人和猪都要在地面上生活,因为猪的文明进化过程比较慢,所以会把地面上弄得很脏,而人是需要一个干净的地面生活的。如果人和猪混在一起生活,猪产生的脏东西就会影响到人。一般来说,人生活的地面和猪生活的地面要分开处理(盖猪圈),但是人和猪之间又需要有联系(喂猪),因此通常就用栅栏连在一起,或通过一道门连在一起,总的思想是尽量阻隔猪圈里的脏东西窜到人生活的地面上。当然也不是非常严格地要求人和猪必须分开,如果人附近的猪很干净(宠物猪)就可以住在一起。

分地(即地的分割)的处理是在PCB上存在不相容的电路时进行的处理,即根据不同的电源电压、数字和模拟信号、高速和低速信号、大电流和小电流信号来分别设置地线。根据高速信号与低速信号和信号的回流路径,可以很好地理解:分地可以防止不相容电路的回流号叠加,防止共地线阻抗耦合,分地只是根据不同的地分别设置地线或地平面,因为系统必须有统一的电势参考点,所以分地并不是完全隔离的,一般分割后的地需要再通过单点连接的方连在一起,常用的单点连接方式有PCB走线、0Ω电阻、磁珠和小容值电容等。

当PCB设计上存在不相容电路时,需要进行“分地”的处理,即根据不同的电源电压、数字和模拟信号、高速和低速信号、大电流和小电流信号来分别设置地平面。从前面给出的高速信号与低速信号回流的分布可以很容易地理解分地可以防止不相容电路的回流信号的叠加,防止共地线阻抗耦合。

但不论高速信号还是低速信号,当信号线跨越电源平面或地平面上的开槽时都会带来很多严重的问题,包括:

1、增大电流环路面积,加大了环路电感,使输出的波形容易振荡;

2、对于需要严格的阻抗控制、按带状线模型走线的高速信号线,还会因为上平面或下平面、或上下平面的开槽破坏带状线模型,造成阻抗的不连续,引起严重的信号完整性问题;

3、增加向空间的辐射发射,同时易受空间磁场的干扰;

4、环路电感上的高频压降构成共模辐射源,并通过外接电缆产生共模辐射;

5、加大与板上其它电路产生高频信号串扰的可能性。


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