EMC设计-接地方式 【简体】.doc

EMC设计_接地的方式一个电子设备的设计关键即在于具有强韧的与可靠的电源系统，而接地布局尤为其中关键。事实上，接地可视为所有好的PCB设计的基础。大部分的EMI问题皆可藉由良好的接地来解决。良好的接地方式是最经济有效的方式。在PCB的设计上可使用二种接地方式。但是接地方式的选择是看产品应用而定。在应用多点接地，切不可混用单点接地，除非有(isolation)式是依功能区分之子系统。讯号接地的种类有二： 1.单点接地 2.多点接地单点接地：单点接地又分为串接单点接地和并接单点接地。从噪声的观点来看，串接单点接地是最差的接地方法。(因为任何导线都会呈现一些电阻，故流经这些导线的电流会使导线产生压降。)如下图：此主题相关图片如下：并接单点接地：它在高频的时候会有一些危险，因为trace在高频的时候会表现电感的特性，使得高频的阻抗升高，而且接地线会产生电感性干扰的问题，如果频率很高，这一些接地导线可能形成天线将噪声幅射至外面。所以如果采用单点接地时，接地线必须可能的缩短，使其高频的阻抗变低，才不易形成天线。当组件电路和信号在1MHz以下的时候，单点接地是最好的选择。而较高之频率，power平面和trace的阻抗变的不可忽略。如果trace 的长度等于或接近信号的四分之一波长，此阻抗会是非常的高。注意:只要是trace 或ground导体具高阻抗，它就会像天线幅射RF的能量。所以，在1MHz以上的频率，一般不使用单点接地。应用单点接地之信号通常以幅射状传递，产品如：音频电路，模拟仪器，60Hz和DC power系统。多点接地：高频产品(10MHz)设计通常使用多点接地，将RF的电流并联由Ground plane机壳之地，可减低由PCB电源平面所看出来的地阻抗。意即，电路尽量找最接近的低阻值面接地，因为大的接地面有较低的电感值，故其高频阻抗也较高。所以，完整平面之低电感特性造成低的平面阻抗。在高频的电路上。，Trace的长度使电路上电感增加，约每吋15-20nH，所以愈短愈好。除了平面中之电感以外，长的trace同时也像是天线一般，特别是对clock信号和其它同期性脉波而言。将trace电感降低及减少trace造成之RF电流，可以达到良好的信号质量和RF压制。如下图：此主题相关图片如下：降低接地噪声 一个设计良好的接地系统其优点是课在不增加组件成本的前提下提高系同的电磁兼容性。一个良好的接地系统的基本目标是降低流过接地阻抗的电流所产生的噪声电压。因此，设计接地系统时，一个基本的问题是，电流如何在系统中流动?静音和噪声的接地回路是否混杂在一起？根据系统使用的电路类型与工作频率，设计具有低阻抗路的接地回路。大部分以为处理器为主的系统都含有高频数字逻辑与低阶模拟电路，有些系统甚至具有易产生噪声的继电器和高电流开关。如同前面所提到的，这些电路应该予以区隔且接地回路不能混杂一起，相似的电路应该放置在一起。 高速数字电路必须对所有的回路提供低阻抗的线路；设计接地系统要尽可能包含很多的平行接地线路，这会减少接地回路的电感。此概念推至极至，即形成接地平面；虽然接地平面能最有效的降低接地噪声，但多层PCB将提高成本，因此必须整体考虑，决定实行的方式。 如果接地平面不够经济，那就使用单点接地。单点或星状接地连结所有接地绕线到终端接地点，此法可降低系统间的共同阻抗。虽然由于空间的限制，使得此法在实际布线时可能造成困难，但降低共同阻抗则是设计的基本原则。 导体电感与其直径或宽度成反比但正比于其长度。减少电感要尽可能使用短和宽的绕线，以45度的绕线取代90度以减少传输反射。 我们应当记住电流最后终会流回源端，在某些电路板布局中，不适当的电路布局会形成一个种对电磁辐射极为敏感的大回路，并将噪声耦合到接地系统中。一般规则是尽可能减少接地回路(ground loop)的尺寸，图8为二层PCB单点接地系统的例子。图9是一个具有三种不同接地系统的印刷电路板地线布线配置，其中包含了较易产生噪声的电路(on board switching power supply, relay, base drive, high-current switching devices)、低阶模拟讯号处理电路(A/D, D/A, analog filter)、高频数字电路(MCU, DSP, memory)，这三种不同性质电路的地线，应当分别拉线、彼此隔离，再以单点方式予以连接。接地的信号回路：在RF能量传递上Loop是主要的产生者。RF电流会试图经由任何存在的路径或媒介以回到源头。在PCB上的EMI压制，最重要的考虑点在于信回返路径的控制。永远把高速电路和振荡器置于离铜柱愈好。减小电流回流圈（return loop）多数的调频（radio frequency，RF）电磁干扰都是由于信号的回流圈造成的，回流圈愈大，电磁干扰就愈严重。电流自然是从来源芯片流至目标芯片的，但回流电流则是由目标芯片经过接地层流回到来源芯片。对直流信号而言，回流电流会走最短的直线回到目标芯片，但对高频的交流信号而言，电感对阻抗的增加已远大于电阻对阻抗的效应。这就是为什么交流的回流电流会经过最靠近信号线的接地层来回流的原理：回流圈愈小，电感愈小。在一般的条件下，回流电流会自动寻找最小的回流圈；但如果在回流路径上的接地层被隔断了，回流圈将会变大，而电磁干扰也因此严重起来。举例而言：电流经由信号线由来源芯片流至目标芯片，但在回流时，由于接地层被壕沟（moat）所隔开，因此造成回流圈变大的问题。因此一般而言，信号线是禁止跨越接地层的壕沟的。另一个减少电流回流圈的应用，是在芯片的电源接脚旁接上旁路电容。由于芯片的工作频率愈来愈高，在远处的电源供应器无法及时供应足够的电流，而造成电源上的高频噪声。若是能加上旁路电容，则这些高频噪声在旁路电容处就获得了回流的路径，而减少了回流圈。Ground plane和ground trace有和差别：因为没有ground plane 则PCB上每一个信号线需要一对RETURN TRACE而成为一个回路，而如果很多的话，就必须有很多的RETURN TRACE所以造成面积很多被占用，而GROUND PLANE则可这一方面的问题。一般来说的情况：COMPONETS 和TRACE的比较 单层板要以TRA