實現合理的接地是實現電子系統設備的電磁兼容性的一個重要而關鍵的手段,不同的系統對于地線設計有不同的要求,泰思特
靜電放電發生器小編給大家分析一下地線干擾的各類及產生的原因,然后有針對性的介紹各種接地技術及接地方法,研究接地的電磁兼容性設計。
一、地線中的干擾
所謂地線是指電子電氣系統與設備中所有電路單元模塊的公共基準電位的連接線,主要包括有電源地線與信號地線。
在進行電路設計時,所考慮的地線為理想地線,即認為地線是一個零電位、零阻抗的物理實體。理想地線不僅是各電路單元模塊中所有信號電平的參考點,而且在工作時其上存在電流時各點之間不會產生電位差,它可以作為系統中所有信號電平的參考點。
在實際的電子電氣系統與設備中,這種完全理想地線是不可能實現的,工作地線總是具有一定的電阻和分布電感,一般電阻很小可以忽略,但高頻時電感的感抗不能忽略。當回流流過動作地線時就會在地線的阻抗上產生電壓降,因此地線上各點的電位不同,地線上任意兩點間存在著一定的電位差,這就可能產生阻抗干擾。
任何印制電路板中的地線都是通過印制導線連接的,由于導體存在著電阻率,所以其上一定存在著電阻與阻抗,電流通過該導線時必然產生電位差,而且即使是電阻率為零的超導體,其表面兩點之間的跨越時間延遲也會呈現某種效應。
同時,系統與設備中的地線還會與印制電路板上的其他走線形成環路,當交變磁場與環路交連時,就會在地線中產生感應電勢。
不論是地電流在地線上產生的壓降還是地環路所引起的感應電勢,都有可能使共用該地線的電路單元產生相互干擾,所以地線的干擾主要可分為兩類:一類是由于地線阻抗所引起的干擾,另一類是由于地環路所產生的干擾。
1、地線阻抗干擾
地線的干擾大小主要表征在地線中干擾電壓的大小,地線中的干擾電壓除與流過地線的電流有關外,還與地線的阻抗有關。地線阻抗包括電阻和電感分量。
在實際電路中,造成電磁干擾的信號往往是脈沖信號,脈沖信號中包含豐富的高頻成分,因此會在地線上產生較大的電壓。對于數字電路而言,電路的工作頻率是很高的,因此地線阻抗對數字電路的影響較大。
2、地環路干擾
再一個電子電氣系統與設備中,每一個電路單元模塊都存在著地線,而各電路單元模塊的地線不可避免的會與其他線路構成環路。并且,由于地線阻抗的存在,當電流流過地線時,就會在地線上產生電壓。當電流較大時,這個電壓可以很大。例如,附近有大功率電器啟動時,會在地線中流過很強的電流。這個電流會在兩個設備的連接電纜上產生電壓。由于電路的不平衡性,每根導線上的電流不同,因此會產生差模電壓,對電路造成影響。由于這種干擾是由電纜與地線構成的環路電流產生的,因此稱為地環路干擾。地環路中的電流還可以由外界電磁場感應出來。
二、地線干擾的抑制
由以上分析可知,地線干擾極易造成電子電氣系統與設備內部各單元電路模塊之間的相互交叉耦合,因此如何抑制地線干擾是電子電氣系統與設備的
電磁兼容性設計的一個重要內容。根據地線干擾形成的機理可以發現,減小電子系統與設備的地線干擾必須從兩方面著手:一方面是在電路設計中解決,另一方面則是在設計印制電路板時解決。即使在電路設計時考慮了地線干擾的抑制,也必須通過適當的印制電路板設計才能得以實現,所以在進行電子系統與設備的印制電路板設計時必須認真考慮地線的合理設計,以滿足電子系統與設備的電磁兼容性要求。
1、電路設計
從電路設計方面考慮,如何抑制地線干擾體現在如何抑制地阻抗引起的干擾與地環路引起的干擾,而低阻抗引起的干擾的抑制措施顯而易見就是如何減小地線阻抗,消除公共阻抗耦合有兩個有效的途徑:一是減小公共地線部分的阻抗;另一個是通過適當的接地方式避免相互干擾電路共用地線。
2、印制電路板接地設計
電路設計中所采用的抑制地線干擾的方法還必須在印制電路板設計中體現,并且印制電路板中地線設計的好壞直接影響到地線干擾的抑制效果。即在印制電路板設計時必須正確選擇接地方式和阻隔地環路等。
三、實際電子系統與設備的接地設計
在實際電子電氣系統設備中的印制電路板的接地設計,除了要掌握以上接地技術外還必須根據實際問題進行實際分析、設計。
印制電路板地線設計原則
印制電路板布線中的“分地”原則、地層上的隔縫不要阻擋高頻回流的通路、避免把連接器裝在地層隔縫上、數字電路應視為高頻模擬電路、接地線應盡量加粗、數字電路接地線構成閉環電路、接地與信號環路
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