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浮地目的是使电路或设备与公共地线可能引起环流的公共导线隔离起来浮地还使不同电位的电路之间配合变得容易。缺点容易出现静电积累引起强烈的静电放电。折中方案接入泄放电阻。单点接地线路中只有一个物理点被定义为接地参考点凡需要接地均接于此。缺点不适宜用于高频场合。多点接地凡需要接地的点都直接连到据它最近的接地平面上以便使接地线长度为最短。缺点维护较麻烦。混合接地按需要选用单点及多点接地。 PCB中的大面积敷铜接地其实就是多点接地所以单面PCB也可以实现多点接地。 多层PCB大多为高速电路地层的增加可以有效提高PCB的电磁兼容性是提高信号抗干扰的基本手段同样由于电源层和底层和不同信号层的相互隔离减轻了PCB的布通率也增加了信号间的干扰。 一、单点接地 在大功率和小功率电路混合的系统中切忌使用因为大功率电路中的地线电流会影响小功率电路的正常工作。另外最敏感的电路要放在A点这点电位是最稳定的。解决这个问题的方法是并联单点接地。但是并联单点接地需要较多的导线实践中可以采用串联、并联混合接地。 将电路按照特性分组相互之间不易发生干扰的电路放在同一组相互之间容易发生干扰的电路放在不同的组。每个组内采用串联单点接地获得最简单的地线结构不同组的接地采用并联单点接地避免相互之间干扰。 这个方法的关键绝不要使功率相差很大的电路或噪声电平相差很大的电路共用一段地线。 这些不同的地仅能在通过一点连接起来。 二、多点接地 为了减小地线电感在高频电路和数字电路中经常使用多点接地。在多点接地系统中每个电路就近接到低阻抗的地线面上如机箱。电路的接地线要尽量短以减小电感。在频率很高的系统中通常接地线要控制在几毫米的范围内。 多点接地时容易产生公共阻抗耦合问题。在低频的场合通过单点接地可以解决这个问题。但在高频时只能通过减小地线阻抗减小公共阻抗来解决。由于趋肤效应电流仅在导体表面流动因此增加导体的厚度并不能减小导体的电阻。在导体表面镀银能够降低导体的电阻。 通常情况下 1MHz以下时可以用单点接地 10MHz以上时可以用多点接地 在1MHz和10MHz之间时可如果最长的接地线不超过波长的1/20可以用单点接地否则用多点接地。 三、混合接地 混合接地电容的容量一般在10nF以下取决于需要接地的频率 如果将设备的安全地断开地环路就被切断可以解决地环路电流干扰。但是出于安全的考虑机箱必须接到安全地上。图中所示的接地系统解决了这个问题对于频率较高的地环路电流地线是断开的而对于50Hz的交流电机箱都是可靠接地的。 四、策略与总结
4.1 单点接地和多点接地的接地策略 单点地要解决的问题就是针对“公共地阻抗耦合”和“低频地环路”多点地是针对“高频所容易通过长地走线产生的共模干扰”。
低频电路中信号的工作频率小于1MHz它的布线和器件间的电感影响较小而接地电路形成的环流对干扰影响较大因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时地线阻抗变得很大此时应尽量降低地线阻抗应采用就近多点接地。 当工作频率在1~10MHz时如果采用一点接地其地线长度不应超过波长的1/20否则应采用多点接地法。数字地与模拟地之间单点接地数字地之内多点接。
4.2 电磁兼容(EMC)的两个基本原则 第一个原则是尽可能减小电流环路的面积第二个原则是系统只采用一个参考面。 在所有EMC问题中主要问题是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法单点、多点和混合。在频率低于1MHz时可采用单点接地方法但不适于高频。在高频应用中最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地而高频用多点接地的方法。地线布局是关键的。高频数字电路和低电平模拟电路的地回路绝对不能混合。 当设计高频(f 10MHz电路时就要采用多点接地了或者多层板完整的地平面层)。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从而在数字地上引起的噪声就会很大而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。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者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的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还是很干净的话可以合在一起。 对于一般器件来说就近接地是最好的采用了拥有完整地平面的多层板设计后对于一般信号的接地就非常容易了基本原则是保证走线的连续性减少过孔数量靠近地平面或者电源平面等等。 屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是信号地上这是因为信号地上有各种的噪声如果屏蔽层接到了信号地上噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。当然前提是接口地也要非常的干净。 只有一个A/D的话可以一点接地两个以上不要区分模拟地和数字地。 有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行但是存在很多潜在的问题在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线一旦跨越了分割间隙布线电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在 PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。 五、电路设计中用0欧电阻隔离数字地和模拟地的优势补充内容 模拟地和数字地单点接地只要是地最终都要接到一起然后入大地。如果不接在一起就是“浮地”存在压差容易积累电荷造成静电。地是参考0电位所有电压都是参考地得出的地的标准要一致故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷始终维持稳定是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地但发电厂是接大地的板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。 如果把模拟地和数字地大面积直接相连会导致互相干扰。不短接又不妥理由如上有四种方法解决此问题
用磁珠连接。磁珠的等效电路相当于带阻限波器只对某个频点的噪声有显著抑制作用使用时需要预先估计噪点频率以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况磁珠不合适。用电容连接。电容隔直通交造成浮地。用电感连接。电感体积大杂散参数多不稳定。用0欧姆电阻连接。0欧电阻相当于很窄的电流通路能够有效地限制环路电流使噪声得到抑制。 电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗)这点比磁珠强。跨接时用于电流回路当分割电地平面后造成信号最短回流路径断裂此时信号回路不得不绕道形成很大的环路面积电场和磁场的影响就变强了容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻可以提供较短的回流路径减小干扰。配置电路产品一般不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置易引起误会为了减少维护费用应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上。空置跳线在高频时相当于天线用贴片电阻效果好。其他用途布线时跨线调试/测试用临时取代其他贴片器件作为温度补偿器件 更多时候是出于EMC对策的需要。另外0欧姆电阻比过孔的寄生电感小而且过孔还会影响地平面因为要挖孔。大尺寸的0欧电阻还可当跳线中间可以走线还有就是不同尺寸0欧电阻允许通过电流不同一般0603的1A0805的2A所以不同电流会选用不同尺寸的还有就是为磁珠、电感等预留位置时得根据磁珠、电感的大小还做封装所以0603、0805等不同尺寸的都有了0欧姆电阻一般用在混合信号的电路中,在这种电路中为了减小数字部分和模拟部分的相互干扰,他们的电源地线都是分开布的但在电源的入口点又需要连在一起一般是通过0欧姆电阻连接的这样既达到了数字地和模拟地间无电压差又利用了0欧姆电阻的寄生电感滤除了数字部分对模拟部分的干扰。
