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PCB地線干擾及抑制

文章出處:http://wdfi.cn網(wǎng)責任編輯:恒成和電路板作者:恒成和線路板人氣:-發(fā)表時間:2017-09-08 18:16:00

PCB

在電子產(chǎn)品的PCB設計中,抑制或防止地線干擾是需要考慮的最主要問題之一。而許多初學者不了解地線干擾的成因,因此對解決地線干擾問題也就束手無策了。 

 

    所謂干擾,必然是發(fā)生在不同的單元電路、部件或系統(tǒng)之間,而地線干擾是指通過公用地線的方式產(chǎn)生的信號干擾。注意這里所提到的信號,通常是指交流信號或者跳變信號。地線干擾的形式很多,有人把它歸結成兩類:地線環(huán)路干擾、公共阻抗干擾,我認為應該還要加上地線環(huán)路的電磁偶合干擾,因此是三類。下圖可以很好的說明三類地線干擾的成因。 

 

 

 

A1、A2是級聯(lián)的兩個放大電路。由于PCB設計的客觀原因,各個電路單元在不同的板面位置,它們之間的連線必然有一定的長度,這就形成了導線(銅鉑)電阻。導線的直流電阻雖然很小,大多數(shù)情況都可以忽略,但是對于交流信號來說,其感抗成分就不可以忽略不記,尤其是頻率比較高的時候更是如此。地線同樣是導線,因此同樣存在阻抗,因此上圖中的地線J、K、L、M、N,就不可以簡單的看成是等電位連線了,應該把它們各自看成一個電抗元件。有了這個基本概念,就很容易理解三種地線干擾了。 

 

    一、地環(huán)路干擾 

 

    如圖所示,由于地線阻抗的存在,當電流流過地線時,就會在地線上產(chǎn)生電壓。當電流較大時,這個電壓可以很大。例如附近有大功率用電器啟動時,會在地線在中流過很強的電流。比如上圖中的“B單元電路”的地線電流,流經(jīng)地線K、L、(M、J、N),到達接地零點。由于電路的不平衡性,每根導線上的電流不同,因此會產(chǎn)生差模電壓,對電路造成影響。具體的說就是“B單元電路”的地線電流,在J、N、L、M形成的“地線環(huán)路”中,對放大器A1和A2造成了影響。由于這種干擾是由電纜與地線構成的環(huán)路電流產(chǎn)生的,因此成為地環(huán)路干擾 

 

    二、地環(huán)路電磁耦合干擾 

 

    在實際電路的PCB上,J、N、L、M形成的“地線環(huán)路”將包圍一定的面積,根據(jù)電磁感應定律,如果這個環(huán)路所包圍的面積中有變化的磁場存在,就會在環(huán)路中產(chǎn)生感生電流,形成干擾??臻g磁場的變化無處不在,于是包圍的面積越大干擾就越嚴重。 

 

    三、公共阻抗干擾 

 

    認真考察上圖所示的電路結構,我們將發(fā)現(xiàn),J、N、L、M中,有一條連接是多余的,隨便去除其一,仍然可以滿足各個接地點的連通關系,同時又可以消除地線環(huán)路。那么,將哪一條連線去除比較合理呢?這時就要考慮另一類的干擾問題——公共阻抗干擾。 

 

    ①去除J:這是最差的方案。J去除后地線環(huán)路似乎消失了,可是另一個更可怕的環(huán)路又形成了(I、N、L、M),其中I是信號線,因此干擾比原來有線J時還要嚴重。 

 

    ②去除M:環(huán)路消失,但是我們發(fā)現(xiàn),此時放大器A2的地線電流需要流過J、N到達接地零點,注意N段是A1和A2共同的接地線,因此A2接地電流在N上形成的電壓降就加到了A1上,形成干擾。這種因共用一段地線而形成的干擾稱為“公共阻抗干擾”。 

 

    ③去除L:不僅不能解決A2與A1之間的公共阻抗干擾問題,還引起了“B單元電路”與A1、A2之間的公共阻抗干擾問題。 

 

    ④去除N:看來這是最后的方法。其實這樣做將使M成為A1、A2的“公用阻抗”,同樣形成干擾。還是存在問題!但是,我們注意到,此法中的干擾是A1對A2的干擾,A2是后級,工作信號強度遠大于A1,因此A1對A2的干擾,很難造成不良后果。 

 

    最合理的走線方案是:去除N,然后將M的下端直接連到“接地信號零點”上。 

 

    四、小結 

 

    地線造成電磁干擾的主要原因是地線存在阻抗,當電流流過地線時,會在地線上產(chǎn)生電壓,這就是地線噪聲。在這個電壓的驅動下,會產(chǎn)生地線環(huán)路電流,形成地環(huán)路干擾。當兩個電路共用一段地線時,會形成公共阻抗耦合。解決地環(huán)路干擾的方法有切斷地環(huán)路,增加地環(huán)路的阻抗,使用平衡電路等。解決公共阻抗耦合的方法是減小公共地線部分的阻抗,或采用并聯(lián)單點接地,徹底消除公共阻抗。

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