PCB中防止共阻抗干擾的地線設(shè)計(jì)

電子電路中，共阻抗干擾對電路的正常工作帶來很大影響。在PCB電路設(shè)計(jì)中，尤其在高頻電路的PCB設(shè)計(jì)中，必須防止地線的共阻抗所帶來的影響。通過對共阻抗干擾形式的分析，詳細(xì)介紹一點(diǎn)接地在電子電路中，特別是在高頻電路中對共阻抗干擾的抑制作用，以及采用一點(diǎn)接地防止共阻抗應(yīng)注意的問題。

同時(shí)對PCB板內(nèi)地線布局的主要形式和要求進(jìn)行了簡要闡述。

在電子電路中，多數(shù)元器件都要通過地線形成回路，線設(shè)計(jì)合理與否，直接影響電路的工作。盡可能地降低由于地線設(shè)計(jì)不和理產(chǎn)生對信號傳輸?shù)母蓴_。

在電路圖中，接地常用符號來表示，表示電路中的零電位，并用來作為電路的其他各點(diǎn)的公共參考點(diǎn)。電路的各點(diǎn)電壓、電流和信號電平的大小均是以地線作為基準(zhǔn)電壓來表示的。在閱讀電路圖和理解電路工作狀態(tài)時(shí)，常把地線和各接地點(diǎn)之間視作無電位差的零電位點(diǎn)。而在實(shí)際電路工作中，由于地線的阻抗（電阻、電感）的存在，會(huì)產(chǎn)生一定的電位差。這些電位差的存在，必然對電路的工作帶來影響。在PCB設(shè)計(jì)中必須注意和消除地線阻抗的影響。

1地線對電路產(chǎn)生干擾的形式

1.1全電流共阻抗干擾

如圖1中，電路1和電路2通過公用地線AB與電源形成回路。線段AB可等效為一個(gè)電阻和電感的串聯(lián)回路，因而形成共阻抗效應(yīng)。在工作時(shí)，電路1、2的電流變動(dòng)，將引起A點(diǎn)電位變化，使電路1、2相互產(chǎn)生干擾。如電路2有輸出至電路3,干擾也將竄入電路3中，因此形成全電流共阻抗干擾。

例如有一段長為10cm,寬為1.5cm的印制導(dǎo)線，其銅箔厚度為50微米，導(dǎo)線電阻為：

若ρ=0.02,則R約為0.026Ω。當(dāng)電路1工作在低頻時(shí)，電路的交變電流為1A,則在這段印制導(dǎo)線上約產(chǎn)生0.026V的交變電壓降而作用在電路2上。在高頻時(shí)，地線的共阻抗干擾，主要以導(dǎo)線的電感為主。當(dāng)一段導(dǎo)線長度遠(yuǎn)大于其寬度時(shí)，導(dǎo)線的自感量可按0.8微亨/米計(jì)算。同樣一段長10cm的導(dǎo)線，當(dāng)其通過的工作頻率為30MHz時(shí)，此段導(dǎo)線所呈現(xiàn)的感抗RL=2πL≈16Ω。可見在頻率升高時(shí)，導(dǎo)線的感抗將比導(dǎo)線本身的電阻要大幾個(gè)數(shù)量級。即使導(dǎo)線中流過很小的高頻電流，如為10mA,在導(dǎo)線上將產(chǎn)生0.16V的高頻電壓。因而，對于高頻電路，在制作PCB時(shí)，印制導(dǎo)線要盡可能短，以減少導(dǎo)線感抗對電路帶來的損耗與干擾。

圖1地線共阻抗干擾

1.2局部電流共阻抗干擾

如圖2所示，當(dāng)印制板采用環(huán)形地線，各接地元件按就近分散接地。這樣末級的交流信號一部分通過地線AD形成回路，在導(dǎo)線AD上產(chǎn)生交流壓降。

由于前級的晶體管發(fā)射極和基極與末級共用導(dǎo)線BC,在導(dǎo)線BC上產(chǎn)生共阻抗干擾。這種干擾是以局部電流的形式在公共地線上產(chǎn)生耦合，形成局部電流共阻抗干擾。

圖2另一種共阻抗干擾

全電流共阻抗干擾主要存在于級與級之間。局部電流共阻抗干擾則是指部分和個(gè)別元件與導(dǎo)線的接地點(diǎn)不良而對其他電路引起的干擾。

2防止共阻抗干擾的方法

各級內(nèi)部接地。各級內(nèi)部接地是防止局部電流共阻抗干擾的主要方法。即有效地防止了本級的交流信號通過各接地元件而逸出至本級以外的電路中去，或其他電路的交流信號，通過本級的各接地元件而檢拾進(jìn)來。

無論對于低頻、中頻、還是高頻各級電路，防止局部電流的共阻抗干擾，唯一有效的方法是采用一點(diǎn)接地。

一點(diǎn)接地的形式如圖3所示。圖中將各級內(nèi)部的接地元件，即本級電路的發(fā)射極基極和集電極的所有接地元件，均安排在一個(gè)接地點(diǎn)上與地線相接。

這樣，就能有效地防止交流信號通過接地元件的發(fā)散和接收，使接地純凈。

圖3一點(diǎn)接地

在實(shí)際電路中，各級的接地元件較多，不可能將這些元件同時(shí)穿入一個(gè)穿線孔內(nèi)，而是將本級接地元件盡可能就近安排在公共地線的一段或一個(gè)區(qū)域內(nèi)，如圖4a所示。有時(shí)遇到元件體積限制或排列上的原因，就近安排有困難時(shí)，可采用圖4b所示的接地形式，同樣可達(dá)到一點(diǎn)接地的效果。

圖4排版中的一點(diǎn)接地

3一點(diǎn)接地應(yīng)注意的問題

3.1本級接地元件的范圍

本級接地元件的范圍是指與本級晶體管直接連接，或是通過電容耦合的元件。由電感耦合的次級及元件不屬于本級。如圖5a、圖5b所示。

圖5分組檢波器的一點(diǎn)接地

3.2采用接地分支作一點(diǎn)接地

在元件不多、體積不大時(shí)，一點(diǎn)接地的布局比較好處理；在元件較多，且體積較大時(shí)可采用較長的接地分支。在排版中也可以沿印制版周圍布設(shè)，但不應(yīng)使其他級的元件接入此接地分支上，接地分支的遠(yuǎn)端不應(yīng)再和其他地線相接。

3.3一點(diǎn)接地也包括本級的板外元件在內(nèi)

一點(diǎn)接地除了本級的板內(nèi)元件外，還包括與本級直接或通過電容耦合的板外元件。這一點(diǎn)在PCB設(shè)計(jì)中常被忽略，而造成局部電流的共阻抗干擾。