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电子电路当中 “地” 的认识

2022-11-08 09:16
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在电子电路当中地的种类和作用特别多,大家很容易混淆,其中就有我z们的电源地,信号地,数字地,模拟地等等,不同的地都有不同的作用,在我们进行设计的时候都需要对这些地做特殊的处理才能保证我们板子的信号质量,除了这些地之外那么我们经常说的单点接地,分地与包地什么意思呢,下面就给大家介绍一下有关“地”的知识!

首先,我们了解一下什么是电源地,什么是信号地。

不管是电源还是信号,他都有一个回流路径,我们的信号在传播的过程中从导线的输出端传到接收端一直都是循环流动的,无论电流流到哪里,都是要流回来的,因此在我们的电路当中任何信号都是以一个闭合回路的形式存在的,我们的电源地指的是电源回路当中电流所走的路径,通常我们的电源流过的电流都比较大,而我们的信号地主要是我们的器件模块信号回流的一个路径,在我们进行PCB设计的时候需要如何处理我们的电源地与信号地呢?

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一般电源模块电流流向是先经过电容的滤波再进入芯片内部,然后经过我们的电感和滤波电容输出的,但是我们在设计的时候要特别注意一下他的回流路径,需要采用最短回流设计,对于控制芯片电源的输入也要考虑与芯片的回流,通常滤波电容会靠近芯片电源与GND管脚放置,这样电流的回流路径才短。所以我们一般会把电源的输入地与输出地进行连接,使其就近返回GND层,如果我们的地没连接起来,那么我们的电流一般会在离他最近的平面回流,并且会穿过很多的旁路电容,从而在两端会产生一个电压,这样会产生辐射和噪声等等的问题。 

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数字电路通常借助于地和电源平面来完成回流。高频信号和低频信号的回流通路是不相同的,低频信号回流选择阻抗最低路径,高频信号回流选择感抗最低的路径,信号地在PCB设计扇孔的环节需要就近打孔以保证信号能尽快回流到GND,这样才能保证信号质量,同时在重要的信号线两侧打上回流地过孔也可以保证我们的信号线质量,这就是我们常说的对信号线的“包地”处理。

那么我们经常遇到的模拟地和数字地是什么意思呢?

模拟地:放大器、采样保持器、A/D 转换器和比较器的零电位参考点。

数字地:也叫逻辑地,是数字电路的零电位参考点。

由于混合信号电路PCB的设计很复杂,元器件的布局、布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路性能和电磁兼容性能,那么在我们PCB设计时分地就显得尤为重要,在设计之前我们需要了解一个原则,那就是系统只采用一个参考面,要保证只有一个参考平面那么在我们在布局时就需要把不同地平面之间的器件区分开(附图2),分开之后所有层用我们的分割带进行分割开来,地平面之间最少要有1mm的间距(附图2和附图3),在处理信号线或者电源的时候也要注意不能跨越分割间隙布线,一旦跨越了分割间隙布线,电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地而产生EMI问题。

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(附图2)

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(附图3)

那么我们说的单点接地时什么意思呢?

我们的地平面虽然要分开来,但是他们最终还是要连接起来的,这个时候我们就需要用到我们的磁珠或者0欧姆电阻进行“单点连接”,单点接地一般适用于低频电路,一般频率小于1MHz,主要是因为低频电路对地阻抗敏感度不高,单点接地又分为“串联接地”和“并联接地”,串联接地方法简单,但是存在共同地线的原因,导致存在公共地线阻抗,如果此时串联在一起的是功率相差很大的电路,那么互相干扰就非常严重。并联单点接地的方式可以避免公共地线耦合的情况,但是每部分电路都需要引地线到接地点上,需要的地线过多,所有这种接地方法也不太实用。

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