Jaká je uzemňovací klasifikace vysokorychlostního designu DPS?
May 20, 2020
S rozvojem elektronických technologií se funkce produktů elektronických produktů stávají stále silnějšími. Design desek plošných spojů hraje důležitou roli při navrhování elektronických výrobků, protože dobrý nebo špatný návrh desek plošných spojů bude mít přímý vliv na realizaci funkcí produktu.
Při navrhování elektronických výrobků není obtížné navrhnout obvod PCB pro dosažení jeho funkce. Obtížnost spočívá v tom, že není ovlivněna různými efekty, jako jsou změny teploty a vlhkosti, změny tlaku vzduchu, mechanické rázy, koroze atd. Abychom dosáhli nepřetržité a normální práce, přijmeme různé konstrukční metody nebo výrobní proces. opatření k eliminaci nebo snížení těchto účinků. Každý ví, že uzemnění je základem návrhu systému. Dobré uzemnění je předpokladem pro bezpečný a stabilní provoz systému. Takže dnes budeme hovořit o příslušných znalostech metody uzemnění ve vysokorychlostním návrhu DPS.
Návrh uzemnění DPS:
Široké uzemnění zahrnuje dva významy, konkrétně pevné a virtuální. Pevná zem odkazuje na spojení se zemí; virtuální zemní spojení označuje spojení s potenciálním referenčním bodem, když je tento referenční bod elektricky izolován od země, nazývá se plovoucí spojení. Existují dva účely uzemnění: jedním je zajistit stabilní a spolehlivý provoz řídicího systému a zabránit rušení způsobenému zemní smyčkou, která se často nazývá pracovní zem; druhým je vyhnout se riziku úrazu elektrickým proudem pro obsluhu v důsledku poškození izolace nebo pádu zařízení a zajistit bezpečnost zařízení. Tomu se říká ochranné uzemnění.
Princip výběru země:
U daného zařízení nebo systému při vlnové délce λ odpovídající nejvyšší požadované frekvenci, když je délka přenosové linky L> λ, je považován za vysokofrekvenční obvod, jinak se považuje za nízkofrekvenční obvod.
(1) Nízkofrekvenční obvod (≤ 1 MHZ), doporučuje se uzemnění s jedním bodem;
(2) Vysokofrekvenční obvod (≥ 10 MHZ), doporučuje se vícebodové uzemnění;
(3) Smíšený obvod s vysokým a nízkým kmitočtem, smíšené uzemnění, použitelný pracovní kmitočtový rozsah je obecně 500 kHz - 3 0MHz;
Metoda uzemnění DPS:
1. Jednobodové uzemnění: Zemnicí vodiče všech obvodů jsou připojeny ke stejnému bodu na základní rovině a jsou rozděleny na sériové jednobodové uzemnění a paralelní jednobodové uzemnění.
Jednobodové uzemnění je vhodné pro obvody s nižšími kmitočty (pod 1 MHZ). Pokud je provozní frekvence systému tak vysoká, že provozní vlnová délka je srovnatelná s délkou zemního vedení systému, je problém s metodou uzemnění s jedním bodem. Když se délka uzemňovacího drátu blíží 25 procentní délce vlnové délky, je to jako přenosové vedení se zkratovanými terminály. Proud a napětí uzemňovacího vodiče jsou rozděleny jako stojaté vlny. Uzemňovací vodič se stává vyzařovací anténou a nemůže hrát roli zemnícího zemního plynu.
Aby se snížila impedance země a zabránilo radiaci, měla by být délka uzemňovacího drátu menší než 5 procent délky vlnové délky. Při zpracování výkonového obvodu lze obecně zvážit jediný bod uzemnění. U desek plošných spojů používaných ve velkém počtu digitálních obvodů se obecně nedoporučuje používat metodu uzemnění s jedním bodem, protože má bohaté harmonické harmonie vysokého řádu.
2. Vícebodové uzemnění: Zemnící vodiče všech obvodů jsou uzemněny poblíž. Zemnicí vodič je velmi krátký a vhodný pro vysokofrekvenční uzemnění.
Vícebodové uzemnění znamená, že každý uzemňovací bod v zařízení je přímo spojen s uzemňovací rovinou nejblíže k němu, takže délka uzemňovacího kabelu je nejkratší.
Struktura vícebodového uzemňovacího obvodu je jednoduchá a fenomén vysokofrekvenčních stojatých vln, které se mohou objevit na uzemňovací lince, je výrazně snížen. Je vhodný pro případy s vysokou pracovní frekvencí (≥ 10 MHZ). Nicméně, vícebodové uzemnění může způsobit mnoho zemních smyček uvnitř zařízení, a tím snížit odolnost zařízení' vůči vnějšímu elektromagnetická pole. V případě vícebodového uzemnění musíme zaznamenat problémy s neúmyslnou smyčkou, zejména elektromagnetické rušení způsobené zemní smyčkou, když se propojují různé moduly a zařízení:
Ideálním uzemňovacím drátem by měla být fyzická entita s nulovým potenciálem a nulovou impedancí. Samotný zemnící vodič má však jak složku odporu, tak složku reaktance. Když proudem přes zemnící vodič protéká proud, dojde k poklesu napětí. Uzemňovací vodič vytvoří smyčku s dalšími připojeními (signál, elektrické vedení atd.). Když je k této smyčce připojeno elektromagnetické pole s proměnlivým časem, bude v zemní smyčce vytvořena indukovaná elektromagnetická síla a připojena k zátěži zemní smyčkou, což představuje potenciální hrozbu EMI.
3. Smíšené uzemnění: smíchejte uzemnění s jedním bodem a uzemnění s více body.
Obecně platí, že všechny moduly budou komplexně používat dvě metody uzemnění a smíšené způsoby uzemnění k dokončení spojení mezi uzemněním obvodu a základní rovinou.
Pokud se nerozhodnete použít celou rovinu jako společné uzemnění, například když má modul dva důvody, musíte rozdělit pozemní rovinu, která často interaguje s výkonovou rovinou. Věnujte pozornost následujícím zásadám:
(1) Zarovnejte roviny, abyste se vyhnuli překrývání mezi irelevantní výkonovou rovinou a základní rovinou, jinak způsobí selhání všech pozemních rovin a vzájemné ovlivňování;
(2) V případě vysoké frekvence dojde k propojení mezi vrstvami přes parazitní kapacitu desky plošných spojů;
(3) Signální čáry mezi pozemními rovinami (jako jsou digitální pozemní roviny a analogové pozemní roviny) jsou spojeny pozemními mosty a nejbližší zpáteční cesta je konfigurována přes nejbližší průchozí díru.
(4) Vyvarujte se běhu vysokofrekvenčních stop, jako jsou hodinové linie v blízkosti izolované pozemní roviny, což by způsobilo zbytečné záření.
(5) Oblast smyčky tvořená signálním vedením a jeho smyčkou je co nejmenší, známá také jako pravidlo minima smyčky; čím menší je oblast smyčky, tím méně vnějšího záření a čím menší je interference přijímaná z vnějšího světa. Při rozdělení pozemní roviny a směrovacích signálů zvažte rozložení základní roviny a důležitých stop signálu, abyste předešli problémům způsobeným štěrbinou základní roviny.
4. Plovoucí zem:
Plovoucí zem se vztahuje na způsob uzemnění, kdy je zemnicí systém zařízení izolován od země.
Vzhledem k některým slabinám plovoucího povrchu není vhodný pro obecně velké systémy a jeho metoda uzemnění se používá jen zřídka.