PCB中防止共阻抗干擾的地線設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 PCB中防止共阻抗干擾的地線設(shè)計 同時對PCB 板內(nèi)地線布局的主要形式和要求開展了簡要闡述。 0 前言 在電子電路中，多數(shù)元器件都要通過地線形成回路，線設(shè)計合理與否，直接影響電路的工作。盡可能地降低由于地線設(shè)計不和理產(chǎn)生對信號傳輸?shù)母蓴_。 在電路圖中，接地常用符號來表示，表示電路中的零電位，并用來作為電路的其他各點的公共參考點。電路的各點電壓、電流和信號電平的大小均是以地線作為基準(zhǔn)電壓來表示的。在閱讀電路圖和理解電路工作狀態(tài)時，常把地線和各接地點之間視作無電位差的零電位點。而在實際電路工作中，由于地線的阻抗（ 電阻、電感） 的存在，會產(chǎn)生一定的電位差。這些電位差

2、的存在，必然對電路的工作帶來影響。在PCB 設(shè)計中必須注意和消除地線阻抗的影響。 1 地線對電路產(chǎn)生干擾的形式 1. 1 全電流共阻抗干擾 如圖1 中，電路1 和電路2 通過公用地線AB與電源形成回路。線段AB 可等效為一個電阻和電感的串聯(lián)回路，因而形成共阻抗效應(yīng)。在工作時，電路1、2 的電流變動，將引起A 點電位變化，使電路1、2 相互產(chǎn)生干擾。如電路2 有輸出至電路3, 干擾也將竄入電路3 中，因此形成全電流共阻抗干擾。 例如有一段長為10cm, 寬為1. 5cm 的印制導(dǎo)線，其銅箔厚度為50 微米，導(dǎo)線電阻為： 若= 0. 02, 則R 約為0. 026。當(dāng)電路1 工作在低頻時，電路的交

3、變電流為1A, 則在這段印制導(dǎo)線上約產(chǎn)生0.026V 的交變電壓降而作用在電路2上。在高頻時，地線的共阻抗干擾，主要以導(dǎo)線的電感為主。當(dāng)一段導(dǎo)線長度遠(yuǎn)大于其寬度時，導(dǎo)線的自感量可按0. 8 微亨/ 米計算。同樣一段長10cm的導(dǎo)線，當(dāng)其通過的工作頻率為30MHz 時，此段導(dǎo)線所呈現(xiàn)的感抗RL= 2 L16?？梢娫陬l率升高時，導(dǎo)線的感抗將比導(dǎo)線本身的電阻要大幾個數(shù)量級。即使導(dǎo)線中流過很小的高頻電流，如為10mA, 在導(dǎo)線上將產(chǎn)生0.16V 的高頻電壓。因而，對于高頻電路，在制作PCB 時，印制導(dǎo)線要盡可能短，以減少導(dǎo)線感抗對電路帶來的損耗與干擾。 圖1 地線共阻抗干擾 1. 2 局部電流共阻抗干

4、擾 如圖2 所示，當(dāng)印制板采用環(huán)形地線，各接地元件按就近分散接地。這樣末級的交流信號一部分通過地線AD 形成回路，在導(dǎo)線AD 上產(chǎn)生交流壓降。 由于前級的晶體管發(fā)射極和基極與末級共用導(dǎo)線BC, 在導(dǎo)線BC 上產(chǎn)生共阻抗干擾。這種干擾是以局部電流的形式在公共地線上產(chǎn)生耦合，形成局部電流共阻抗干擾。 圖2 另一種共阻抗干擾 全電流共阻抗干擾主要存在于級與級之間。局部電流共阻抗干擾則是指部分和個別元件與導(dǎo)線的接地點不良而對其他電路引起的干擾。 2 防止共阻抗干擾的方法 各級內(nèi)部接地。各級內(nèi)部接地是防止局部電流共阻抗干擾的主要方法。即有效地防止了本級的交流信號通過各接地元件而逸出至本級以外的電路中去，

5、或其他電路的交流信號，通過本級的各接地元件而檢拾進(jìn)來。 無論對于低頻、中頻、還是高頻各級電路，防止局部電流的共阻抗干擾，有效的方法是采用一點接地。 一點接地的形式如圖3 所示。圖中將各級內(nèi)部的接地元件，即本級電路的發(fā)射極基極和集電極的所有接地元件，均安排在一個接地點上與地線相接。 這樣，就能有效地防止交流信號通過接地元件的發(fā)散和接收，使接地純凈。 圖3 一點接地 在實際電路中，各級的接地元件較多，不可能將這些元件同時穿入一個穿線孔內(nèi)，而是將本級接地元件盡可能就近安排在公共地線的一段或一個區(qū)域內(nèi)，如圖4a 所示。有時遇到元件體積限制或排列上的原因，就近安排有困難時，可采用圖4b 所示的接地形式，

6、同樣可到達(dá)一點接地的效果。 圖4 排版中的一點接地 3 一點接地應(yīng)注意的問題 3. 1 本級接地元件的范圍 本級接地元件的范圍是指與本級晶體管直接連接，或是通過電容耦合的元件。由電感耦合的次級及元件不屬于本級。如圖5a、圖5b 所示。 圖5 分組檢波器的一點接地 3. 2 采用接地分支作一點接地 在元件不多、體積不大時，一點接地的布局比較好處理； 在元件較多，且體積較大時可采用較長的接地分支。在排版中也可以沿印制版周圍布設(shè)，但不應(yīng)使其他級的元件接入此接地分支上，接地分支的遠(yuǎn)端不應(yīng)再和其他地線相接。 3. 3 一點接地也包括本級的板外元件在內(nèi) 一點接地除了本級的板內(nèi)元件外，還包括與本級直接或通過

7、電容耦合的板外元件。這一點在PCB 設(shè)計中常被忽略，而造成局部電流的共阻抗干擾。 3. 4 高頻電路的一點接地 高頻電路的地線一般采用大面積覆蓋接地，但這并不意味著各級內(nèi)部元件的接地可以分散接地。 4 板內(nèi)地線布局 印制版內(nèi)地線是用來連接電路各級或各部分之間的接地的。板內(nèi)地線布局，主要應(yīng)防止各級和各部分之間的全電流共阻抗干擾。 4. 1 板內(nèi)地線布局的要求 當(dāng)板內(nèi)的電路數(shù)量較多，地線的布局必須做到以下幾點： 各部分的地線必須分開。 為消除或盡量減少各部分的公共地線段，總地線的引出點必須合理。 為防止各部分通過總地線的公共引出線而產(chǎn)生共阻抗干擾，在必要時可將某些部分的電路的地線單獨引出。如圖6a

8、、圖6b、圖6c 三種板內(nèi)地線布局。 圖6 板內(nèi)的三種地線布局。 4. 2 板內(nèi)地線布局的形式 并聯(lián)分路式。如圖7 所示。這是采用并聯(lián)分路式接地方式。板內(nèi)的總地在印制板的右下角。對于板內(nèi)的總地引出點，應(yīng)根據(jù)板內(nèi)地線布局統(tǒng)一考慮，要盡可能使總地選擇在與各部分地線較近的點上，同時也要考慮使總地引至電源之間的地線較短。 圖7 板內(nèi)的并聯(lián)分路接地 在數(shù)字電路中，由于大量的觸發(fā)器和門電路對干擾信號很敏感，各電路在開關(guān)狀態(tài)時，會產(chǎn)生一定的脈沖干擾，使觸發(fā)器和門電路產(chǎn)生誤觸發(fā)。這將直接影響電路工作的穩(wěn)定，其可以按級、按工作狀態(tài)或按一個集成塊設(shè)計地線。 匯流條式：匯流條是條形對稱傳輸線。由于其本身的厚度和寬度

9、增加而使直流電阻下降，更主要的由于這種對稱傳輸方式比單線傳輸具有良好的低阻抗特性，同時克服了單線傳輸時的電感分量對電路的影響。 大面積覆蓋接地：在電路的工作頻率較高和高速開關(guān)的數(shù)字電路中，地線不能采用條形分布，宜采用大面積覆蓋的接地方式。 大面積覆蓋地線（ 如圖8 所示） 是當(dāng)板內(nèi)導(dǎo)線較多時，為防止接地受導(dǎo)線切斷而影響接地效果，而采用雙面印制版，其中一面為接地用。采用大面積接地，要防止各接地元件的局部電流耦合而造成共阻抗干擾。因而對各級元件布設(shè)要盡量以本級的晶體管、集成塊為中心，元件按級集中，并在本級元件的中心部位設(shè)立接地區(qū)域。 圖8 大面種覆蓋地線 一字形地線。當(dāng)板內(nèi)的級數(shù)不多時，可以采用一字形地線。各級電路可按先后順序排列，每級電路的接地元件要相近接在地線上。板上地的引出點應(yīng)放置在末級附