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全面解析:PCB规划接地问题精要

模拟地/数字地以及模拟电源/数字电源只不过是相对的概念。提出这些概念的主要原因是数字电路对模拟电路的干扰已经到了不能容忍的地步。目前的标准处理办法如下:1.地线从整流滤波后就分为2根,其中一根作为模拟

模仿地/数字地以及模仿电源/数字电源只不过是相对的概念。提出这些概念的首要原因是数字电路对模仿电路的搅扰现已到了不能容忍的境地。现在的规范处理办法如下:

1.地线从整流滤波后就分为2根,其间一根作为模仿地,一切模仿部分的电路地悉数接到这个模仿地上面;另一根为数字地,一切数字部分的电路地悉数接到这个数字地上面。

2.直流电源稳压芯片出来,经过滤波后相同分为2根,其间一根经过LC/RC滤波后作为模仿电源,一切模仿部分的电路电源悉数接到这个模仿电源上面;另一根为数字电源,一切数字部分的电路电源悉数接到这个数字电源上面

留意:模仿地/数字地以及模仿电源/数字电源除了在电源的开端部分有一点衔接外,不能再有任何衔接。

AVCC:模仿部分电源供电;AGND:模仿地

DVCC:数字部分电源供电;DGND:数字地

这样区别是为了将数字部分和模仿部分隔脱离,减小数字部分带给模仿电路部分的搅扰。但这两部分不或许彻底隔脱离,数字部分和模仿部分之间是有衔接的所以,在供电时至少地应该是在一起的,所以AGND和DGND之间要用0欧姆的电阻或磁珠或电感衔接起来,这样的一点衔接就可以减小搅扰。相同,假如两部分的供电电源相同也应该选用这样的接法。

在电子体系规划中,为了少走弯路和节省时刻,应充分考虑并满意抗搅扰性的要求,防止在规划完成后再去进行抗搅扰的补救办法。构成搅扰的基本要素有三个:

(1)搅扰源,指发生搅扰的元件、设备或信号,用数学言语描绘如下:du/dt,di/dt大的当地便是搅扰源。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都或许成为搅扰源。

(2)传达途径,指搅扰从搅扰源传到达灵敏器材的通路或前言。典型的搅扰传达途径是经过导线的传导和空间的辐射。

(3)灵敏器材,指简单被搅扰的目标。如:A/D、D/A变换器,单片机,数字IC,弱信号放大器等。抗搅扰规划的基本准则是:按捺搅扰源,堵截搅扰传达途径,进步灵敏器材的抗搅扰功能。

(类似于流行症的防备)

1按捺搅扰源

按捺搅扰源便是尽或许的减小搅扰源的du/dt,di/dt.这是抗搅扰规划中最优先考虑和最重要的准则,常常会起到事半功倍的效果。减小搅扰源的du/dt首要是经过在搅扰源两头并联电容来完成。减小搅扰源的di/dt则是在搅扰源回路串联电感或电阻以及添加续流二极管来完成。

按捺搅扰源的常用办法如下:

(1)继电器线圈添加续流二极管,消除断开线圈时发生的反电动势搅扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时刻滞后,添加稳压二极管后继电器在单位时刻内可动作更多的次数。

(2)在继电器接点两头并接火花按捺电路(一般是RC串联电路,电阻一般选几K到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。

(3)给电机加滤波电路,留意电容、电感引线要尽量短。

(4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的影响。留意高频电容的布线,连线应接近电源端并尽量粗短,不然,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。

(5)布线时防止90度折线,削减高频噪声发射。

(6)可控硅两头并接RC按捺电路,减小可控硅发生的噪声(这个噪声严峻时或许会把可控硅击穿的)。

按搅扰的传达途径可分为传导搅扰和辐射搅扰两类。

所谓传导搅扰是指经过导线传到达灵敏器材的搅扰。高频搅扰噪声和有用信号的频带不同,可以经过在导线上添加滤波器的办法堵截高频搅扰噪声的传达,有时也可加阻隔光耦来处理。电源噪声的损害最大,要特别留意处理。所谓辐射搅扰是指经过空间辐射传到达灵敏器材的搅扰。一般的处理办法是添加搅扰源与灵敏器材的间隔,用地线把它们阻隔和在灵敏器材上加蔽罩。

2堵截搅扰传达途径的常用办法如下:

(1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗搅扰就处理了一大半。许多单片机对电源噪声很灵敏,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片的搅扰。比方,可以运用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻替代磁珠。

(2)假如单片机的I/O口用来操控电机等噪声器材,在I/O口与噪声源之间应加阻隔(添加π形滤波电路)。操控电机等噪声器材,在I/O口与噪声源之间应加阻隔(添加π形滤波电路)。

(3)留意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量接近,用地线把时钟区阻隔起来,晶振外壳接地并固定。此办法可处理许多疑难问题。

(4)电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模仿信号。尽或许把搅扰源(如电机,继电器)与灵敏元件(如单片机)远离。

(5)用地线把数字区与模仿区阻隔,数字地与模仿地要别离,最终在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为准则,厂家分配A/D、D/A芯片引脚摆放时已考虑此要求。

(6)单片机和大功率器材的地线要独自接地,以减小彼此搅扰。大功率器材尽或许放在电路板边际。

(7)在单片机I/O口,电源线,电路板衔接线等要害当地运用抗搅扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器,屏蔽罩,可明显进步电路的抗搅扰功能。

3进步灵敏器材的抗搅扰功能

进步灵敏器材的抗搅扰功能是指从灵敏器材这边考虑尽量削减对搅扰噪声的拾取,以及从不正常状况赶快康复的办法。

进步灵敏器材抗搅扰功能的常用办法如下:

(1)布线时尽量削减回路环的面积,以下降感应噪声。

(2)布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是下降耦合噪声。

(3)关于单片机搁置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的搁置端在不改动体系逻辑的状况下接地或接电源。

(4)对单片机运用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813,X25043,X25045等,可大起伏进步整个电路的抗搅扰功能。

(5)在速度能满意要求的前提下,尽量下降单片机的晶振和选用低速数字电路。

(6)IC器材尽量直接焊在电路板上,少用%&&&&&%座。

为了到达很好的抗搅扰,所以咱们常看到PCB板上有地切割的布线办法。可是也不是一切的数字电路和模仿电路混合都一定要进行地平面切割。因为这样切割是为了下降噪声的搅扰。

理论:在数字电路中一般的频率会比模仿电路中的频率要高,并且它们自身的信号会跟地平面构成一个回流(因为在信号传输中,铜线与铜线之间存在着各式各样的电感和分布电容),假如咱们把地线混合在一起,那么这个回流就会在数字和模仿电路中彼此串扰。而咱们分隔便是让它们只在自己自身内部构成一个回流。它们之间只用一个零欧电阻或是磁珠衔接起来便是因为本来它们便是同一个物理含义的地,现在布线把它们分隔了,最终还应该把它们衔接起来。

怎么剖析它们是归于数字部分呢仍是模仿部分?这个问题常常是咱们在详细画PCB时得考滤的。我个人的观点是要判别一个元件是归于模仿的,仍是数字的要害是看与它相关的首要芯片是数字的仍是模仿的。比方:电源它或许给模仿电路供电,那它便是模仿部分的,假如它是给单片机或是数据类芯片供电,那它便是数字的。当它们是同一个电源时就需求用一个桥的办法把一个电源从另一个部分引过来。最典形的便是D/A了,它应该是一个一半是数字,一半是模仿的芯片。我以为假如能把数字输入处理好后,剩余的就可以画到模仿部分去了。

模仿电路触及微小信号,可是数字电路门限电平较高,对电源的要求就比模仿电路低些。既有数字电路又有模仿电路的体系中,数字电路发生的噪声会影响模仿电路,使模仿电路的小信号目标变差,战胜的办法是分隔模仿地和数字地。

关于低频模仿电路,除了加粗和缩短地线之外,电路各部分选用一点接地是按捺地线搅扰的最佳挑选,首要可以防止因为地线公共阻抗而导致的部件之间的相互搅扰。

而关于高频电路和数字电路,因为这时地线的电感效应影响会更大,一点接地会导致实践地线加长而带来晦气影响,这时应采纳分隔接地和一点接地相结合的办法。

别的关于高频电路还要考虑怎么按捺高频辐射噪声,办法是:尽量加粗地线,以下降噪声对地阻抗;满接地,即除传输信号的印制线以外,其他部分全作为地线。不要有无用的大面积铜箔。

地线应构成环路,以防止发生高频辐射噪声,但环路所围住面积不行过大,防止仪器处于强磁场中时,发生感应电流。但假如仅仅低频电路,则应防止地线环路。数字电源和模仿电源最好阻隔,地线分隔安置,假如有A/D,则只在此处单点共地。

低频中没有多大影响,但主张模仿和数字一点接地。高频时,可经过磁珠把模仿和数字地一点共地。

假如把模仿地和数字地大面积直接相连,会导致相互搅扰。不短接又不当,理由如上有四种办法处理此问题∶1、用磁珠衔接;2、用电容衔接;3、用电感衔接;4、用0欧姆电阻衔接。

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明显按捺效果,运用时需求预先估量噪点频率,以便选用恰当类型。关于频率不确定或无法预知的状况,磁珠不合。

%&&&&&%隔直通交,形成浮地。

电感体积大,杂散参数多,不稳定。

0欧电阻相当于很窄的电流通路,可以有效地约束环路电流,使噪声得到按捺。电阻在一切频带上都有衰减效果(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。

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