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高速電路PCB的地彈怎樣來設計

PCB線路板打樣 ? 來源:ct ? 作者:維庫電子市場網 ? 2019-09-24 14:07 ? 次閱讀

如圖所示為一完整信號回路,U1為驅動器;U2為接收器;L1、L3分別為元件UI信號輸出引腳和地引腳的封裝電感;L2、L4分別為元件U2信號輸出引腳和地引腳的封裝電感。考慮一種簡單的情況,信號路徑的參考平面為器件UI、U2的“地”,而且元件的信號引腳和地引腳距離不緊鄰。

高速電路PCB的地彈怎樣來設計

圖 地彈產生機理

根據基本電磁定律,當回路中有電流通過時,信號路徑和返回路徑周圍都會產生磁力線圈,其中一條路徑周圍的磁力線`總匝數是由該路徑中電流所產生的磁力線圈(自磁力線圈)和其周圍其他電流路徑所產生的磁力線圈(互磁力線圈)兩部分組成。也就是說信號電流流經的導體存在電感,而且其總電感由兩部分組成:自感和互感。兩個路徑的電流方向相反,磁力線圈的方向也相反,所以,一條路徑的總電感是自感和互感之差。如果信號路徑的自感為LA;返回路徑的自感為LB;兩者之間的互感為LAB;則信號路徑和返回路徑的總電感分別為

如果回路的電流發生變化,所有的電感兩端都會產生一個感應電壓。在回路徑上所產生的電壓為地彈(Ground Bounce),地彈電壓取決于電流變化的快慢,大小為

地彈是返回路徑上兩點之間的電壓,它是因回路中快速變化的電流而產生的。地彈對驅動端影響不大,主要影響接收,相當于疊加在接收信號上的噪聲。若有多個輸出門同時轉換狀態,則地彈噪聲將增加若干倍,也就是同步開關噪聲。

減小地彈電壓只有兩個途徑:

· 盡量減小回路電流的變化。這就意味著降低邊沿變化率和限制共用返回路徑的信號路徑數目;

· 其次,盡可能減小返回路徑電感。減小返回路徑電感包括兩個方面:減小返回路徑的自感和增大信號路徑與返回路徑之間的互感。減小自感,意味著使返回路徑盡可能寬松:而增大互感就意味著使返回路徑和信號路徑盡可能地靠近。

下面是一些具體措施:

· 使用多層板布局電源和地參考平面,將元件的電源引腳和地引腳直接焊在平面上,確保最低的電源或地引腳電感和阻抗;

· 盡量使用低開關速度的元件;

· 對于元件,封裝時可增加地引腳,為功率級另外分配電源引腳,為輸入電路分配一個地參考引腳;

· 采用查分輸入方式;

· 避免使用插座和繞線板;

· 去耦電容盡量靠近元件的地引腳。

地彈是邏輯元件產生的噪聲源,由于信號的邊沿速率和電壓開關的速度越來越快,地彈有時候會成為一個嚴重的問題,在設計時應多加注意。

來源:維庫電子市場網

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