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          工程師設(shè)計(jì)小Tips:PCB設(shè)計(jì)接地問題精要

          作者: 時(shí)間:2017-10-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            模擬地/數(shù)字地以及模擬電源/數(shù)字電源只不過是相對(duì)的概念。提出這些概念的主要原因是數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾已經(jīng)到了不能容忍的地步。目前的標(biāo)準(zhǔn)處理辦法如下:

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/370244.htm

            1.地線從整流濾波后就分為2根,其中一根作為模擬地,所有模擬部分的電路地全部接到這個(gè)模擬地上面;另一根為數(shù)字地,所有數(shù)字部分的電路地全部接到這個(gè)數(shù)字地上面。

            2.直流電源穩(wěn)壓芯片出來,經(jīng)過濾波后同樣分為2根,其中一根經(jīng)過LC/RC濾波后作為模擬電源,所有模擬部分的電路電源全部接到這個(gè)模擬電源上面;另一根為數(shù)字電源,所有數(shù)字部分的電路電源全部接到這個(gè)數(shù)字電源上面

            注意:模擬地/數(shù)字地以及模擬電源/數(shù)字電源除了在電源的開始部分有一點(diǎn)連接外,不能再有任何連接。

            AVCC:模擬部分電源供電;AGND:模擬地

            DVCC:數(shù)字部分電源供電;DGND:數(shù)字地

            這樣區(qū)分是為了將數(shù)字部分和模擬部分隔離開,減小數(shù)字部分帶給模擬電路部分的干擾。但這兩部分不可能完全隔離開,數(shù)字部分和模擬部分之間是有連接的所以,在供電時(shí)至少地應(yīng)該是在一起的,所以AGND和DGND之間要用0歐姆的電阻或磁珠或電感連接起來,這樣的一點(diǎn)連接就能夠減小干擾。同樣,如果兩部分的供電電源相同也應(yīng)該采用這樣的接法。

            在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間,應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性的要求,避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。形成干擾的基本要素有三個(gè):

            (1)干擾源,指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào),用數(shù)學(xué)語言描述如下:du/dt,di/dt大的地方就是干擾源。如:雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。

            (2)傳播路徑,指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。

            (3)敏感器件,指容易被干擾的對(duì)象。如:A/D、D/A變換器,單片機(jī),數(shù)字IC,弱信號(hào)放大器等??垢蓴_設(shè)計(jì)的基本原則是:抑制干擾源,切斷干擾傳播路徑,提高敏感器件的抗干擾性能。

            (類似于傳染病的預(yù)防)

            1.抑制干擾源

            抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt,di/dt.這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮和最重要的原則,常常會(huì)起到事半功倍的效果。減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實(shí)現(xiàn)。減小干擾源的di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實(shí)現(xiàn)。

            抑制干擾源的常用措施如下:

            (1)繼電器線圈增加續(xù)流二極管,消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢干擾。僅加續(xù)流二極管會(huì)使繼電器的斷開時(shí)間滯后,增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動(dòng)作更多的次數(shù)。

            (2)在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路(一般是RC串聯(lián)電路,電阻一般選幾K到幾十K,電容選0.01uF),減小電火花影響。

            (3)給電機(jī)加濾波電路,注意電容、電感引線要盡量短。

            (4)電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01μF~0.1μF高頻電容,以減小IC對(duì)電源的影響。注意高頻電容的布線,連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短,否則,等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻,會(huì)影響濾波效果。

            (5)布線時(shí)避免90度折線,減少高頻噪聲發(fā)射。

            (6)可控硅兩端并接RC抑制電路,減小可控硅產(chǎn)生的噪聲(這個(gè)噪聲嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)把可控硅擊穿的)。

            按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。

            所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶不同,可以通過在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播,有時(shí)也可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大,要特別注意處理。所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離,用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。

            2.切斷干擾傳播路徑的常用措施如下:

            (1)充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。電源做得好,整個(gè)電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感,要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器,以減小電源噪聲對(duì)單片的干擾。比如,可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路,當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100Ω電阻代替磁珠。

            (2)如果單片機(jī)的I/O口用來控制電機(jī)等噪聲器件,在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離(增加π形濾波電路)??刂齐姍C(jī)等噪聲器件,在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離(增加π形濾波電路)。

            (3)注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近,用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來,晶振外殼并固定。此措施可解決許多疑難問題。

            (4)電路板合理分區(qū),如強(qiáng)、弱信號(hào),數(shù)字、模擬信號(hào)。盡可能把干擾源(如電機(jī),繼電器)與敏感元件(如單片機(jī))遠(yuǎn)離。

            (5)用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離,數(shù)字地與模擬地要分離,最后在一點(diǎn)接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則,廠家分配A/D、D/A芯片引腳排列時(shí)已考慮此要求。

            (6)單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú),以減小相互干擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣。

            (7)在單片機(jī)I/O口,電源線,電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器,屏蔽罩,可顯著提高電路的抗干擾性能。



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