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地线在PCB板设计中的重要地位

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地线在PCB板设计中的重要地位
2020-02-18 15:50 126

  在现今的生活中,电子产品已经成为了人们生活中的一种必需品,并且在社会中的各个领域都得到了广泛的应用,与此同时,对于电子产品的质量,人们也提出了更高的要求。在实际的使用过程中,电子产品的工作状态必须要稳定,同时也要有较高的抗干扰性能,也要有较高的工作效率,并且噪声以及电磁辐射都应当降低。想要使电磁干扰问题以及电磁兼容问题得到有效的解决,解决方式很多,其中最主要的就是地线设计方案。

  通常来说,“地”在电路系统当中,主要扮演的角色就是电路零电位的一个参考点,同时在整个电气系统当中,“地”也是参考电平。在PCB板的设计过程中,“地”并不是最理想的地,并且接地平面也并不是零电阻,接地电阻中不仅有一定的电阻存在,同时还有一定的阻抗存在。通过大量的实践理论证明,在走线当中,如果特性阻抗相对较小,那么就能对电磁干扰产生更加

  显著的抑制效果。从相关的理论角度上对此进行分析,可以看出,在PCB板上存在的每一条走线,都能够通过三个参考数值来描述走线的特性阻抗Z。分别是:Z=R+jωL,其中l代表的是PCB板上存在的导线的长度,b代表的是PCB板上导线的宽度,d代表的是PCB板上导线的厚度。由此也能够看出,走线中所含有的特性阻抗Z的大小与R、L还有信号的频率ω之间是成正比关系的,并且R与l以及ρ之间存在一定的联系,如果在确定PCB板材的过程中,ρ以及d为常数,那么R则由l以及b进行决定,也就是说,R以及l是正比关系,而R与b之间是反比关系。

  当处于低频状况下时,特征阻抗Z主要的代表就是R,只要在设计PCB板的走线的过程中,能够使走线做到宽并且短,就能够在最大程度上将特性阻抗进行降低。

  当处于高频状况下时,jωL都是不容忽视的因素,频率不断升高的同时,特征阻抗Z也会不断的增大,PCB的走向以及参考平面最终所形成的闭环面积会对产生的磁场能量造成一定的影响。通过利用通量最小化技术或者通量对消的方式,使将走线与参考平面之间的距离进行缩小,从而使形成的电流回流路径保持最佳状态,也就是要确保能够将电磁干扰降到最低。

  分布电容的大小与电磁干扰的抑制程度之间有着直接的影响,越大的分布电容,产生的电磁干扰抑制效果就越好。

  除此之外,地线在流经地线环路时形成了干扰。根据图1中所展示的内容可以看出,L、J、M、N、K这几段所表现出的物理尺寸并不相同,因而,也就说明,他们形成的特征阻抗也存在一定的差异性。因此,在对其进行观察的过程中,就不能仅仅只是将其看做是一个等电位连线,而是要将他们看作是具有一定的独立性的电控元件。在流经地线环路的过程中,各个单元的地线电流之间形成了一定的干扰,并且,在各个阶段的地线流过电流使都会产生一定的点位差异,除此之外,在地线环路当中,还存在着一定的磁场干扰,而这些干扰都能够进行总结整合,这些干扰最终都被总结为了:地线环路干扰、公共组抗干扰以及地环路电磁耦合干扰。

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  总的来说,在PCB的设计过程中,地线设计有着十分重要的作用。在地线设计当中,认为地线的特征阻抗越小越好,也就是说要将R与L进行降低,并将C值增大。如果想要有效的避免出现地线环路干扰,就必须要在设计过程中选择合适的接地方式。这就需要在PCB板的设计过程,尽可能的将走线与参考地面之间的距离进行有效的缩短,并且要将地线线路尽可能的设计的短并且宽,从而在最大程度上避免形成地线环路。设计人员在进行多层板的设计过程中,一定要对参考平面的位置进行合理的安排,并尽可能的将过孔数量减少。


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