信號(hào)回路的電位基準(zhǔn)點(diǎn),(直流電源的負(fù)極或者零伏點(diǎn))在單板上可以分為數(shù)字地和模擬地。理想的工作地是電路參考點(diǎn)的等電位平面,然而在實(shí)際中,工作地被認(rèn)為信號(hào)電流的低阻抗回路和電源的供電回路,這樣就會(huì)有三個(gè)方面的問(wèn)題,共模干擾,輻射和信號(hào)串?dāng)_;
1.共模干擾
圖3.8 共模干擾
如圖3.8所示,所有的導(dǎo)體都具有一定的阻抗,電流流經(jīng)地時(shí),同樣會(huì)產(chǎn)生壓降。那么流進(jìn)地的電流主要來(lái)自于兩個(gè)方面:信號(hào)的回流和電源電流的回流,其中Vnoise就是電流流經(jīng)工作地時(shí)產(chǎn)生的共模噪聲電壓。
2.串?dāng)_
圖3.9 串?dāng)_
PCB上相鄰的印制線之間存在著互感和耦合電容,當(dāng)信號(hào)電壓或者電流信號(hào)隨時(shí)間快速變化時(shí),不可避免的會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_,如圖3.9所示是產(chǎn)生串?dāng)_的等效電路,圖b中的crosstalk是總參數(shù)下的串?dāng)_。
3.輻射與干擾
圖3.10 輻射與干擾
PCB快速變化的電流回路,其作用是相當(dāng)于一個(gè)小回路天線,它會(huì)向外進(jìn)行電磁場(chǎng)輻射,圖(a)中差模輻射與電流的大小,電流的頻率,回路的面積有關(guān),共模輻射,其與共模電流,共模電流頻率,共模線的長(zhǎng)度有關(guān)。同時(shí)也會(huì)對(duì)PCB上的電路產(chǎn)生共模干擾。
那么對(duì)于上述的三個(gè)方面問(wèn)題,都與PCB接地設(shè)計(jì)有關(guān),那么如何去設(shè)計(jì)接地問(wèn)題就顯得尤為重要,下面說(shuō)明一些原則。
4.最小化地電感和信號(hào)回路--信號(hào)線應(yīng)該盡量短,信號(hào)回路面積盡量小,速度較高的可以用有地平面的多層板,關(guān)鍵電路包括器件和走線應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離板的邊緣,板的邊緣存在較強(qiáng)的干擾場(chǎng)。
5.地平面分割與不分割的合理應(yīng)用--對(duì)于混合電路,若數(shù)字地和模擬地分割,不會(huì)出現(xiàn)能夠很好解決信號(hào)跨越和信號(hào)回路的問(wèn)題,建議采用“分區(qū)但不分割”的方法。即局部和布線時(shí)嚴(yán)格區(qū)分?jǐn)?shù)字與模擬區(qū)域,避免數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)出現(xiàn)公共回流路徑,但地層不分割開(kāi),避免信號(hào)跨越而形成大的信號(hào)回路。
6.接口地保持“干凈”,是噪聲無(wú)法通過(guò)耦合出入系統(tǒng)--出入PCB板信號(hào),特別是通過(guò)電纜連接的信號(hào)易將噪聲耦合出入系統(tǒng),注意保持I/O地不受到共模干擾,接口部分的電源地盡量采用平面。
7.電路合理分區(qū),控制不同模塊之間的共模電流—對(duì)于純數(shù)字電路,應(yīng)該注意按照電路工作速率高、中、低以及I/O進(jìn)行分區(qū),減少電路模塊之間的共模電流。
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