PCB地線的干擾與抑制
4)使用共模扼流圈
地線電壓實際是一種共模電壓,在這個電壓的驅(qū)動下,電纜中流過的電流是共模電流。在連接電纜上使用共模扼流圈相當于增加了地環(huán)路的阻抗,這樣在一定的地線電壓作用下,地環(huán)路電流會減小。但要注意控制共模扼流圈的寄生電容,否則對高頻干擾的隔離效果很差。共模扼流圈的匝數(shù)越多,則寄生電容越大,高頻隔離的效果越差。
平衡電路的定義是兩個導體及其所連接的電路相對于地線或其他參考物體具有相同的阻抗。
高頻時平衡是很困難的,實際的電路會有很多寄生因素,如寄生電容、電感等。這些參數(shù)在頻率較高時對電路阻抗發(fā)揮著較大作用。由于這些寄生參數(shù)的不確定性,電路的阻抗也是不確定的,因此很難保證兩個導體的阻抗完全相同。因此,在高頻時,電路平衡性往往較差,這意味著:平衡電路對頻率較高的地環(huán)路電流干擾抑制效果較差。
3.2 消除公共阻抗耦合
消除公共阻抗耦合的途徑有兩個,一個是減小公共地線部分的阻抗,這樣公共地線上的電壓也隨之減小,從而控制公共阻抗耦合。另一個方法是通過適當?shù)慕拥胤绞奖苊馊菀紫嗷ジ蓴_的電路共用地線,一般要避免強電電路與弱電電路共用地線,數(shù)字電路與模擬電路共用地線等。并聯(lián)接地的缺點是接地的導線過多。因此在實際中,沒有必要所有電路都并聯(lián)單點接地,對于相互干擾較少的電路,可以采用串聯(lián)單點接地。例如,可以將電路按照強信號,弱信號,模擬信號,數(shù)字信號等分類,然后在同類電路內(nèi)部用串聯(lián)單點接地,如圖4所示,不同類型的電路采用并聯(lián)單點接地,如圖5所示。當信號頻率低于1 MHz時可采用單點接地的方法,使其不形成回路。信號頻率高于10 MHz時最好采用多點接地,盡量降低地線阻抗。電源線與地線應盡量靠近走線以減少所包圍的環(huán)路面積,從而減少外界磁場對環(huán)路切割產(chǎn)生的電場干擾,同時也減少環(huán)路對外電磁輻射。
如前所述,減小地線阻抗的核心問題是減小地線的電感。可以使用扁平導體做地線,或用多條相距較遠的并聯(lián)導體作接地線。對于PCB,在雙層板上布地線網(wǎng)格能夠有效地減小地線阻抗,在多層板中可以專門用一層做地線來減小阻抗。
4 結(jié)論
抗干擾設(shè)計是單片機系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié),其設(shè)計的好壞往往決定整個系統(tǒng)的成敗。關(guān)于接地,許多關(guān)于電磁兼容的專著中都有詳細的論述,但是,最好的接地方式應該是通過試驗來選定的,地線干擾也要通過試驗來查找和排除。本文介紹了地線引起干擾的原因和解決方法,說明了地線設(shè)計中的一般方法和原則,只有在理論的指導下,經(jīng)過大量的試驗過程和經(jīng)驗積累才能更好地掌握接地系統(tǒng)的設(shè)計方法和干擾排除手段,從而更好的提高電路工作的可靠性。
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