圖解PCB地線幹擾及抑制

2020-12-12 電子產品世界

在電子產品的PCB設計中,抑制或防止地線幹擾是需要考慮的最主要問題之一。而許多初學者不了解地線幹擾的成因,因此對解決地線幹擾問題也就束手無策了。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201807/383966.htm

所謂幹擾,必然是發生在不同的單元電路、部件或系統之間,而地線幹擾是指通過公用地線的方式產生的信號幹擾。注意這裡所提到的信號,通常是指交流信號或者跳變信號。地線幹擾的形式很多,有人把它歸結成兩類:地線環路幹擾、公共阻抗幹擾,我認為應該還要加上地線環路的電磁偶合幹擾,因此是三類。下圖可以很好的說明三類地線幹擾的成因。

A1、A2是級聯的兩個放大電路。由於PCB設計的客觀原因,各個電路單元在不同的板面位置,它們之間的連線必然有一定的長度,這就形成了導線(銅鉑)電阻。導線的直流電阻雖然很小,大多數情況都可以忽略,但是對於交流信號來說,其感抗成分就不可以忽略不記,尤其是頻率比較高的時候更是如此。地線同樣是導線,因此同樣存在阻抗,因此上圖中的地線J、K、L、M、N,就不可以簡單的看成是等電位連線了,應該把它們各自看成一個電抗元件。有了這個基本概念,就很容易理解三種地線幹擾了。

一、地環路幹擾

如圖所示,由於地線阻抗的存在,當電流流過地線時,就會在地線上產生電壓。當電流較大時,這個電壓可以很大。例如附近有大功率用電器啟動時,會在地線在中流過很強的電流。比如上圖中的「B單元電路」的地線電流,流經地線K、L、(M、J、N),到達接地零點。由於電路的不平衡性,每根導線上的電流不同,因此會產生差模電壓,對電路造成影響。具體的說就是「B單元電路」的地線電流,在J、N、L、M形成的「地線環路」中,對放大器A1和A2造成了影響。由於這種幹擾是由電纜與地線構成的環路電流產生的,因此成為地環路幹擾

二、地環路電磁耦合幹擾

在實際電路的PCB上,J、N、L、M形成的「地線環路」將包圍一定的面積,根據電磁感應定律,如果這個環路所包圍的面積中有變化的磁場存在,就會在環路中產生感生電流,形成幹擾。空間磁場的變化無處不在,於是包圍的面積越大幹擾就越嚴重。

三、公共阻抗幹擾

認真考察上圖所示的電路結構,我們將發現,J、N、L、M中,有一條連接是多餘的,隨便去除其一,仍然可以滿足各個接地點的連通關係,同時又可以消除地線環路。那麼,將哪一條連線去除比較合理呢?這時就要考慮另一類的幹擾問題——公共阻抗幹擾。

①去除J:這是最差的方案。J去除後地線環路似乎消失了,可是另一個更可怕的環路又形成了(I、N、L、M),其中I是信號線,因此幹擾比原來有線J時還要嚴重。

②去除M:環路消失,但是我們發現,此時放大器A2的地線電流需要流過J、N到達接地零點,注意N段是A1和A2共同的接地線,因此A2接地電流在N上形成的電壓降就加到了A1上,形成幹擾。這種因共用一段地線而形成的幹擾稱為「公共阻抗幹擾」。

③去除L:不僅不能解決A2與A1之間的公共阻抗幹擾問題,還引起了「B單元電路」與A1、A2之間的公共阻抗幹擾問題。

④去除N:看來這是最後的方法。其實這樣做將使M成為A1、A2的「公用阻抗」,同樣形成幹擾。還是存在問題!但是,我們注意到,此法中的幹擾是A1對A2的幹擾,A2是後級,工作信號強度遠大於A1,因此A1對A2的幹擾,很難造成不良後果。

最合理的走線方案是:去除N,然後將M的下端直接連到「接地信號零點」上。

四、小結

地線造成電磁幹擾的主要原因是地線存在阻抗,當電流流過地線時,會在地線上產生電壓,這就是地線噪聲。在這個電壓的驅動下,會產生地線環路電流,形成地環路幹擾。當兩個電路共用一段地線時,會形成公共阻抗耦合。解決地環路幹擾的方法有切斷地環路,增加地環路的阻抗,使用平衡電路等。解決公共阻抗耦合的方法是減小公共地線部分的阻抗,或採用並聯單點接地,徹底消除公共阻抗。


相關焦點

  • 地線的定義、阻抗及其幹擾與抑制
    3.地線幹擾機理 3.1地環路幹擾 由於地線阻抗的存在,當電流流過地線時,就會在地線上產生電壓。當電流較大時,這個電壓可以很大。例如附近有大功率用電器啟動時,會在地線在中流過很強的電流。這個電流會在兩個設備的連接電纜上產生電流。由於電路的不平衡性,每根導線上的電流不同,因此會產生差模電壓,對電路造成影響。
  • 如何消除PCB布線中的地線幹擾
    3.地線幹擾機理 3.1地環路幹擾 圖1是兩個接地的電路。由於地線阻抗的存在,當電流流過地線時,就會在地線上產生電壓。當電流較大時,這個電壓可以很大。例如附近有大功率用電器啟動時,會在地線在中流過很強的電流。這個電流會在兩個設備的連接電纜上產生電流。由於電路的不平衡性,每根導線上的電流不同,因此會產生差模電壓,對電路造成影響。
  • 如何處理PCB設計過程中共阻抗及抑制問題?
    當兩個或兩個以上的迴路共用一段地線時,不同的迴路電流在共用地線上產生一定壓降,此壓降經放大就會影響電路性能;當電流頻率很高時,會產生很大的感抗而使電路受到幹擾。  為了抑制共阻抗幹擾,可採用如下措施: (1)一點接地  使同級單元電路的幾個接地點儘量集中,以避免其他迴路的交流信號竄人本級,或本級中的交流信號竄到其他迴路中去。
  • 幹擾抑制說的涵義與解釋
    關於遺忘的原因在心理學中考的也很多,其中一個重要的原因是幹擾抑制,在我們考試當中會經常看到。今天我們就來學習一下相關的內容。幹擾抑制說認為遺忘是由於在學習和回憶之間受到其他刺激幹擾的結果,一旦排除了這些幹擾,記憶就能夠恢復。幹擾抑制說最明顯的證據是前攝抑制和倒攝抑制。前攝抑制是指先前的學習與記憶對後繼的學習與記憶的幹擾作用。
  • 從EMC角度考慮常用電路設計及PCB設計
    Cx1和Cx2為X電容,防止差模幹擾。差模幹擾大時,可增加其值進行抑制;Cy1和Cy2為Y電容,防止共模幹擾。共模幹擾大時,可增加其值進行抑制。 需要注意的是,共模電容需設計在接口端,這樣做的原因是抑制外部的傳導幹擾和快速脈衝群幹擾,以免其對RS485數據通信產生擾亂。 CAN接口保護時,TVS和電容參數略有不同。 RS-485總線共模電壓範圍為-7~+12V; CAN總線的共模電壓為-2~+7 V。
  • EDA365:PCB設計只懂多層板選擇原則,卻不知疊層設計可不行
    例如,A信號層和B信號層採用各自單獨的地平面,可以有效地降低共模幹擾。(6)兼顧層結構的對稱性。對幹擾敏感的信號是指那些電平較低的模擬信號。單、雙層板通常使用在低於10KHz的低頻模擬設計中:1)在同一層的電源走線以輻射狀走線,並最小化線的長度總和;2)走電源、地線時,相互靠近;在關鍵信號線邊上布一條地線,這條地線應儘量靠近信號線。
  • 詳解電磁幹擾的原理
    事實上,電磁幹擾已使民航系統失效、通信不暢、計算機運行錯誤、自控設備誤動作等,甚至危及人身安全。因此如何有效的抑制電磁幹擾成為模擬工程師必須具備和考慮的因素,在這裡為大家詳述了什麼是電磁幹擾,如何有效的抑制電磁幹擾。
  • 單片機硬體設計原則:抗幹擾常用方法
    在單片機控制系統中,地線的種類有很多,有系統地、屏蔽地、邏輯地、模擬地等,地線是否布局合理,將決定電路板的抗幹擾能力。在設計地線和接地點的時候,應該考慮以下問題: 邏輯地和模擬地要分開布線,不能合用,將它們各自的地線分別與相應的電源地線相連。
  • 出色模擬工程師必備系列(一):電磁幹擾(EMI)
    OSsednc事實上,電磁幹擾已使民航系統失效、通信不暢、計算機運行錯誤、自控設備誤動作等,甚至危及人身安全。因此如何有效的抑制電磁幹擾成為模擬工程師必須具備和考慮的因素,在這裡為大家詳述了什麼是電磁幹擾,如何有效的抑制電磁幹擾。
  • 電磁幹擾與電磁兼容淺談(二)
    ,共模幹擾信號一般很輕易進行抑制,但在的高頻段,對共模幹擾信號進行抑制,難度卻要比差模幹擾信號抑制的難度大很多。,其主要功能是高頻差模幹擾信號進行抑制;C3是X安全電容,其主要作用是對V3進行旁路,V3屬於差模幹擾信號,因此,C3的主要功能是對差模幹擾信號進行抑制;C4也是X安全電容,固然它沒有對V3直接進行旁路,但它也是差模幹擾信號抑制的濾波電容;R1是殘餘電壓開釋電阻,其阻值要與C3、C4等配合使用,使時間常數τ = R1●(C3+C4)小於2秒,但R1不能用得太小,太小會損耗電源功率。
  • PCB設計的那些「坑」,很多工程師都無法避免
    創建pcb庫時沒有在原點; b. 多次移動和旋轉了元件,pcb板界外有隱藏的字符。 解決:選擇顯示所有隱藏的字符,縮小pcb,然後移動字符到邊界內。 電源線和地線設計的太細 如果電源線和地線的寬度設計的太細,後期等板子做出來元器件都焊上去之後,可能會出現工作不穩定和燒板子的現象。工程師在PCB設計時不能追求太細的地線和電源線,需根據應用的功率和電流大小做出相應的調整,板子大小美觀是一方面,但是首先需要保證能用才去考慮後面的問題。
  • 數字電路幹擾分析及抗幹擾方法
    抗幹擾設計的基本原則是:抑制幹擾源,切斷幹擾傳播路徑,提高敏感器件的抗幹擾性能。(類似於傳染病的預防)1抑制幹擾源  抑制幹擾源就是儘可能的減小幹擾源的du/dt,di/dt。這是抗幹擾設計中最優先考慮和最重要的原則,常常會起到事半功倍的效果。減小幹擾源的du/dt主要是通過在幹擾源兩端並聯電容來實現。
  • 地線基礎知識整理
    1)屏蔽線接地:音響系統為防止幹擾,其金屬機殼用導線與信號「地」相接,這叫屏蔽接地。2)音頻專用「地」:專業音響為了防止幹擾,除了屏蔽「地」之外,還需與音頻專用「地」相連。此接地裝置應專門埋設,並且應與隔離變壓器、屏蔽式穩壓電源的相應接地端相連後作為音控室中的專用音頻接地點。不同地線的處理方法1.
  • 數字電路中抑制EMI的方法介紹
    一、EMI的產生及抑制原理 EMI的產生是由於電磁幹擾源通過耦合路徑將能量傳遞給敏感系統造成的。它包括經由導線或公共地線的傳導、通過空間輻射或通過近場耦合三種基本形式。EMI的危害表現為降低傳輸信號質量,對電路或設備造成幹擾甚至破壞,使設備不能滿足電磁兼容標準所規定的技術指標要求。
  • 手機射頻PCB板布局布線經驗總結
    1.3 在手機PCB板設計時,應對以下幾個方面給予極大的重視1.3.1 電源、地線的處理既使在整個PCB板中的布線完成得都很好,但由於電源、地線的考慮不周到而引起的幹擾,會使產品的性能下降,有時甚至影響到產品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待,把電、地線所產生的噪音幹擾降到最低限度,以保證產品的質量。
  • EMI電磁幹擾中耦合機理與電場幹擾解釋
    怎樣最大程度的抑制EMI的產生就成為了人們關心的話題,然而想要解決EMI問題,首先就要了解EMI的產生機理。本文就將對EMI產生機理中的耦合機理與電場幹擾來進行解釋。本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/386474.htm耦合機理
  • PCB 板 EMC/EMI 的設計技巧
    中心議題:本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/178433.htmEMI的產生及抑制原理詳析1 EMI的產生及抑制原理EMI的產生是由於電磁幹擾源通過耦合路徑將能量傳遞給敏感系統造成的。它包括經由導線或公共地線的傳導、通過空間輻射或通過近場耦合三種基本形式。EMI的危害表現為降低傳輸信號質量,對電路或設備造成幹擾甚至破壞,使設備不能滿足電磁兼容標準所規定的技術指標要求。
  • 電火花工具機產生幹擾,找對處理措施很關鍵
    (2)變壓器隔離是一種用得相當廣泛的電源線抗幹擾元件,它最基本的作用是實現電路與電路之間的電氣隔離,從而解決地線環路電流帶來的設備與設備之間的幹擾,同時隔離變壓器對於抗共模幹擾也有一定作用。隔離變壓器對瞬變脈衝串和雷擊浪湧幹擾能起到很好的抑制作用,對於交流信號的傳輸,一般使用變壓器隔離幹擾信號的辦法。
  • 「PCB可靠性」拍了拍你:優秀的Layout工程師都重視我!
    01地線設計在電子設備中,接地是控制幹擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分幹擾問題。電子設備中地線結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。在地線設計中應注意以下幾點:1)正確選擇單點接地與多點接地;2)將數字電路與模擬電路分開;3)儘量加粗接地線;4)將接地線構成閉環路。02電磁兼容性設計電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環境中仍能夠協調、有效地進行工作的能力。