很多工程師在設計電路時,關于射頻電路的接地,都有不同的見解。電路設計時,接地不恰當,不但給調試過程埋下太多坑,還會影響整體的穩定性、抗干擾性。
在高密度和高頻率的場合通常使用多層板,就EMC要求而言同比二層板好20dB以上。以四層板為例,分別闡述相關接地設計經驗。
01 多點接地
電路板上全部地線遵循就近原則接地,通常接地線很短。由于接地導線的長度與感抗成正比,工作頻率增高時對應共地阻抗變大,導致增大共地阻抗產生的電磁干擾。故要求地線的長度盡可能短。同時,高頻率的數字信號電路需要采用并聯接地,一般通過地過孔簡單處理。
實際應用中,電路板上大面積的敷銅接地方式,即多點接地。單面電路板可以實現多點接地,多層電路板較多為高速電路,擴大地信號層能夠有效提高電路板的EMC性能,增強信號抗干擾的基本措施。電源層、底層和其它信號層的相互隔離,增強信號間的抗干擾。
02 單點接地
電路板上全部地線連接至公共地線的同一點,通常有并聯單點接地和串聯單點接地。針對敏感的電路,應保持接地線路徑最短。優勢在于減少地環路,地線太長,導致地線阻抗較大。其劣勢則為不適合高頻應用場合。
03 混合接地
融合串聯單點接地,并聯單點接地,混合使用。根據電路特性分組,相互之間不易發生干擾的模塊電路歸為一組,相互間容易發生干擾的模塊電路歸為不同組。相同組的模塊電路采用串聯接地,不同組的模塊電路采用并聯單點接地,以此規避相互之間的干擾。
混合接地的注意事項
各平面對齊處理。避免無關的電源層和地層之間重疊導致分隔失效產生干擾。
避免在隔離區域附近布局時鐘線等高頻引線,規避輻射。
環路面積要小。信號線回路構成的環路面積盡可能小,即環路最小原則。環路面積越小,對外的輻射越少,來自外界的干擾也隨之越小。
在地平面層分隔和信號走線的時候,注意考慮地平面層和關鍵信號走線的分布,預防因地平面層開槽帶來的不良影響。
預防高頻寄生電容耦合。在高頻情況下,不同層間通過電路板寄生電容產生耦合。
04 地間連接方法整理
關于地間連接方法,整理要點如下:
電容連接:地間電容連接,電容的特性是隔直通交,應用于浮地場景中。
磁珠連接:地間磁珠連接,磁珠等同于一個隨頻率變化的電阻,呈電阻特性。應用于電流波動的小信號地和地之間。
電感連接:地間電感連接,電感具有抑制電路狀態變化的特性,可以削峰填谷,通常應用于兩個有較大電流波動的地與地之間。
大電阻連接:地間大電阻連接,大電阻的特性是電阻兩端壓差會產生弱小電流,將地線上電荷釋放掉,實現兩端的壓差為零。
小電阻連接:地間小電阻連接,小電阻阻礙地的電流快速變化過沖,在電流變化時候,使沖擊電流上升沿變緩。
走線連接:地間電路板普通走線連接,促使在兩個地線之間可靠的低阻抗導通,僅限于中低頻信號電路地之間的接法。
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