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(duì)電路的正常工作帶來(lái)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(lái)的影響。通過(guò)對(duì)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(duì)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(wèn)題。

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

　　0前言

　　在電子電路中，多數(shù)元器件都要通過(guò)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(duì)信號(hào)傳輸?shù)母蓴_。

　　在電路圖中，接地常用符號(hào)來(lái)表示，表示電路中的零電位，并用來(lái)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(hào)電平的大小均是以地線作為基準(zhǔn)電壓來(lái)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(wú)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(duì)電路的工作帶來(lái)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(duì)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)10cm的導(dǎo)線，當(dāng)其通過(guò)的工作頻率為30MHz時(shí)，此段導(dǎo)線所呈現(xiàn)的感抗RL= 2πL≈16Ω?？梢?jiàn)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(jí)。即使導(dǎo)線中流過(guò)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(duì)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(duì)電路帶來(lái)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(jí)的交流信號(hào)一部分通過(guò)地線AD形成回路，在導(dǎo)線AD上產(chǎn)生交流壓降。

　　由于前級(jí)的晶體管發(fā)射極和基極與末級(jí)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(jí)與級(jí)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(duì)其他電路引起的干擾。

　　2防止共阻抗干擾的方法

　　各級(jí)內(nèi)部接地。各級(jí)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(jí)的交流信號(hào)通過(guò)各接地元件而逸出至本級(jí)以外的電路中去，或其他電路的交流信號(hào)，通過(guò)本級(jí)的各接地元件而檢拾進(jìn)來(lái)。

　　無(wú)論對(duì)于低頻、中頻、還是高頻各級(jí)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(jí)內(nèi)部的接地元件，即本級(jí)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(hào)通過(guò)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(jí)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(jí)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