Was ist die Erdungsklassifizierung des Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs?
May 20, 2020
Mit der Entwicklung der elektronischen Technologie werden die Produktfunktionen elektronischer Produkte immer leistungsfähiger. Das PCB-Design spielt eine wichtige Rolle beim Design elektronischer Produkte, da das gute oder schlechte Design von PCB die Realisierung von Produktfunktionen direkt beeinflusst.
Bei der Konstruktion elektronischer Produkte ist es nicht schwierig, eine Leiterplattenschaltung zu entwerfen, um ihre Funktion zu erreichen. Die Schwierigkeit besteht darin, dass es nicht durch verschiedene Effekte wie Änderungen der Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Änderungen des Luftdrucks, mechanischer Stöße, Korrosion usw. beeinflusst wird. Um kontinuierliche und normale Arbeiten zu erreichen, werden wir verschiedene Konstruktionsmethoden oder Herstellungsverfahren anwenden Maßnahmen zur Beseitigung oder Verringerung dieser Auswirkungen. Jeder weiß, dass das Erdungsdesign die Grundlage des Systemdesigns ist. Eine gute Erdung ist eine Grundvoraussetzung für einen sicheren und stabilen Betrieb des Systems. Daher werden wir heute über das relevante Wissen über die Erdungsmethode im Hochgeschwindigkeits-PCB-Design sprechen.
Leiterplattenerdungsdesign:
Eine breite Erdung umfasst zwei Bedeutungen, nämlich feste Erdung und virtuelle Erdung. Feste Erde bezieht sich auf die Verbindung mit der Erde; Die virtuelle Erdungsverbindung bezieht sich auf die Verbindung mit dem potenziellen Referenzpunkt. Wenn dieser Referenzpunkt elektrisch von der Erde isoliert ist, spricht man von einer schwebenden Verbindung. Die Erdung dient zwei Zwecken: Zum einen soll der stabile und zuverlässige Betrieb des Steuerungssystems sichergestellt und Störungen durch die Erdungsschleife, die häufig als Arbeitserde bezeichnet wird, verhindert werden. Die andere besteht darin, das Risiko eines Stromschlags für den Bediener aufgrund von Isolationsschäden oder Stürzen des Geräts zu vermeiden und die Sicherheit des Geräts zu gewährleisten. Dies wird als Schutzerdung bezeichnet.
Grundauswahlprinzip:
Für eine gegebene Vorrichtung oder ein gegebenes System bei der Wellenlänge λ, die der höchsten interessierenden Frequenz entspricht, wenn die Länge der Übertragungsleitung L> λ wird es als Hochfrequenzschaltung angesehen, andernfalls wird es als Niederfrequenzschaltung angesehen.
(1) Niederfrequenzschaltung (≤ 1 MHz), Einzelpunkterdung wird empfohlen;
(2) Hochfrequenzschaltung (≥ 10 MHz), Mehrpunkterdung wird empfohlen;
(3) Hoch- und Niederfrequenz-Mischkreis, gemischte Erdung, der anwendbare Arbeitsfrequenzbereich beträgt im Allgemeinen 500 kHz - 3 0 MHz;
PCB-Erdungsmethode:
1. Einpunkterdung: Die Erdungskabel aller Stromkreise sind mit demselben Punkt in der Erdungsebene verbunden und in Serien-Einzelpunkterdung und parallele Einzelpunkterdung unterteilt.
Die Einzelpunkterdung eignet sich für Schaltkreise mit niedrigeren Frequenzen (unter 1 MHz). Wenn die Betriebsfrequenz des Systems so hoch ist, dass die Betriebswellenlänge mit der Länge der Erdungsleitung des Systems vergleichbar ist, liegt ein Problem mit der Einzelpunkterdungsmethode vor. Wenn die Länge des Erdungskabels nahe an 25 Prozent der Wellenlänge liegt, ähnelt dies einer Übertragungsleitung mit kurzgeschlossenen Anschlüssen. Der Strom und die Spannung des Erdungskabels werden als stehende Wellen verteilt. Das Erdungskabel wird zu einer Strahlungsantenne und kann nicht die Rolle von&"Masse GG" spielen.
Um die Erdungsimpedanz zu verringern und Strahlung zu vermeiden, sollte die Länge des Erdungskabels weniger als 5 Prozent der Wellenlänge betragen. Bei der Verarbeitung des Stromkreises kann im Allgemeinen ein einzelner Erdungspunkt berücksichtigt werden. Für Leiterplatten, die in einer großen Anzahl digitaler Schaltungen verwendet werden, wird aufgrund ihrer reichen Oberwellen hoher Ordnung im Allgemeinen nicht empfohlen, eine Einpunkt-Erdungsmethode zu verwenden.
2. Mehrpunkterdung: Die Erdungskabel aller Stromkreise sind in der Nähe geerdet. Das Erdungskabel ist sehr kurz und für die Hochfrequenzerdung geeignet.
Mehrpunkterdung bedeutet, dass jeder Erdungspunkt im Gerät direkt mit der ihm am nächsten gelegenen Erdungsebene verbunden ist, sodass die Länge der Erdungsleitung am kürzesten ist.
Der Aufbau der Mehrpunkt-Erdungsschaltung ist einfach und das Phänomen hochfrequenter stehender Wellen, die auf der Erdungsleitung auftreten können, wird erheblich reduziert. Es ist für Anlässe mit hoher Arbeitsfrequenz (≥ 10 MHz) geeignet. Eine Mehrpunkterdung kann jedoch viele Erdungsschleifen im Gerät verursachen, wodurch der Widerstand des Geräts&# 39 gegenüber externen Geräten verringert wird elektromagnetische Felder. Bei der Mehrpunkterdung müssen wir auf absichtliche Schleifenprobleme achten, insbesondere auf elektromagnetische Störungen, die durch Erdungsschleifen bei der Vernetzung zwischen verschiedenen Modulen und Geräten verursacht werden:
Das ideale Erdungskabel sollte eine physikalische Einheit mit null Potential und null Impedanz sein. Der eigentliche Erdungsdraht selbst hat jedoch sowohl eine Widerstandskomponente als auch eine Reaktanzkomponente. Wenn ein Strom durch das Erdungskabel fließt, wird ein Spannungsabfall erzeugt. Das Erdungskabel bildet eine Schleife mit anderen Verbindungen (Signal, Stromleitung usw.). Wenn das zeitlich veränderliche elektromagnetische Feld an diese Schleife gekoppelt wird, wird eine induzierte elektromotorische Kraft in der Erdschleife erzeugt und von der Erdschleife an die Last gekoppelt, was eine potenzielle EMI-Bedrohung darstellt.
3. Gemischte Erdung: Mischen Sie Einzelpunkt-Erdung und Mehrpunkt-Erdung.
Im Allgemeinen verwenden alle Module zwei umfassende Erdungsmethoden und eine gemischte Erdungsmethode, um die Verbindung zwischen der Schaltungsmasse und der Erdungsebene herzustellen.
Wenn Sie nicht die gesamte Ebene als gemeinsame Masse verwenden möchten, z. B. wenn das Modul selbst zwei Gründe hat, müssen Sie die Masseebene teilen, die häufig mit der Leistungsebene interagiert. Beachten Sie die folgenden Grundsätze:
(1) Richten Sie die Ebenen aus, um die Überlappung zwischen der irrelevanten Leistungsebene und der Grundebene zu vermeiden. Andernfalls versagen alle Bodenebenen und stören sich gegenseitig.
(2) Im Fall einer hohen Frequenz tritt die Kopplung zwischen den Schichten durch die parasitäre Kapazität der Leiterplatte auf;
(3) Signalleitungen zwischen Erdungsebenen (wie digitale Erdungsebenen und analoge Erdungsebenen) sind durch Erdungsbrücken verbunden, und der nächste Rückweg wird durch das nächste Durchgangsloch konfiguriert.
(4) Vermeiden Sie es, hochfrequente Spuren wie Taktleitungen in der Nähe der isolierten Grundebene zu verlegen, da dies zu unnötiger Strahlung führt.
(5) Der von der Signalleitung und ihrer Schleife gebildete Schleifenbereich ist so klein wie möglich, auch als Schleifenminimumregel bekannt. Je kleiner die Schleifenfläche ist, desto weniger externe Strahlung und desto kleiner sind die von der Außenwelt empfangenen Interferenzen. Berücksichtigen Sie beim Aufteilen der Grundebene und der Routing-Signale die Verteilung der Grundebene und wichtige Signalspuren, um Probleme durch Schlitzen der Grundebene zu vermeiden.
4. Schwimmender Boden:
Schwimmender Boden bezieht sich auf ein Erdungsverfahren, bei dem das Erdungssystem des Geräts elektrisch vom Boden isoliert ist.
Aufgrund einiger Schwächen des schwimmenden Bodens ist es nicht für allgemeine große Systeme geeignet, und seine Erdungsmethode wird selten verwendet.