¿Cuál es la clasificación de puesta a tierra del diseño de PCB de alta velocidad?

Con el desarrollo de la tecnología electrónica, las funciones de los productos electrónicos se vuelven cada vez más poderosas. El diseño de PCB juega un papel importante en el diseño de productos electrónicos, porque el diseño bueno o malo de PCB afectará directamente la realización de las funciones del producto.

En el diseño de productos electrónicos, no es difícil diseñar un circuito de PCB para lograr su función. La dificultad es que no se ve afectado por varios efectos, tales como cambios en la temperatura y la humedad, cambios en la presión del aire, choque mecánico, corrosión, etc. Para lograr un trabajo continuo y normal, adoptaremos varios métodos de diseño o procesos de fabricación. medidas para eliminar o reducir estos efectos. Todos saben que el diseño de puesta a tierra es la base del diseño del sistema. Una buena conexión a tierra es un requisito previo para un funcionamiento seguro y estable del sistema. Así que hoy hablaremos sobre el conocimiento relevante del método de conexión a tierra en el diseño de PCB de alta velocidad.

Diseño de conexión a tierra de PCB:

La conexión a tierra amplia incluye dos significados, a saber, tierra sólida y tierra virtual. Tierra sólida se refiere a la conexión con la tierra; La conexión a tierra virtual se refiere a la conexión con el punto de referencia potencial, cuando este punto de referencia está aislado eléctricamente de la tierra, se llama conexión flotante. La puesta a tierra tiene dos propósitos: uno es garantizar el funcionamiento estable y confiable del sistema de control y evitar la interferencia causada por el circuito de tierra, que a menudo se denomina tierra de trabajo; el otro es evitar el riesgo de descarga eléctrica para el operador debido al daño del aislamiento o la caída del equipo y garantizar la seguridad del mismo. Esto se llama puesta a tierra protectora.

Principio de selección de suelo:

Para un dispositivo o sistema dado, a la longitud de onda λ correspondiente a la frecuencia de interés más alta, cuando la longitud de la línea de transmisión L> λ, se considera como un circuito de alta frecuencia, de lo contrario, se considera como un circuito de baja frecuencia.

(1) Circuito de baja frecuencia (≤ 1 MHZ), se recomienda la conexión a tierra de un solo punto;

(2) Circuito de alta frecuencia (≥ 10 MHZ), se recomienda conexión a tierra multipunto;

(3) Circuito mixto de alta y baja frecuencia, puesta a tierra mixta, el rango de frecuencia de trabajo aplicable es generalmente 500 kHz - 3 0MHz;

Método de conexión a tierra de PCB:

1. Conexión a tierra de un solo punto: los cables de conexión a tierra de todos los circuitos están conectados al mismo punto en el plano de conexión a tierra y se dividen en conexión a tierra de un punto en serie y conexión a tierra paralela de un solo punto.

La conexión a tierra de un solo punto es adecuada para circuitos con frecuencias más bajas (por debajo de 1 MHZ). Si la frecuencia de funcionamiento del sistema es tan alta que la longitud de onda de funcionamiento es comparable a la longitud del cable de conexión a tierra del sistema, existe un problema con el método de conexión a tierra de un solo punto. Cuando la longitud del cable de tierra está cerca del 25 por ciento de longitud de onda, es como una línea de transmisión con terminales en cortocircuito. La corriente y el voltaje del cable de tierra se distribuyen como ondas estacionarias. El cable de tierra se convierte en una antena radiante y no puede desempeñar el papel de&"; tierra GG";

Para reducir la impedancia de tierra y evitar la radiación, la longitud del cable de tierra debe ser inferior al 5 por ciento de longitud de onda. En el procesamiento del circuito de alimentación, generalmente se puede considerar un único punto de conexión a tierra. Para los PCB utilizados en una gran cantidad de circuitos digitales, generalmente no se recomienda usar un método de conexión a tierra de un solo punto debido a sus ricos armónicos de alto orden.

2. Conexión a tierra multipunto: los cables de tierra de todos los circuitos están conectados a tierra cerca. El cable de tierra es muy corto y adecuado para la conexión a tierra de alta frecuencia.

La conexión a tierra multipunto significa que cada punto de conexión a tierra del equipo está directamente conectado al plano de conexión a tierra más cercano a él, de modo que la longitud del cable de conexión a tierra es la más corta.

La estructura del circuito de puesta a tierra multipunto es simple, y el fenómeno de ondas estacionarias de alta frecuencia que pueden aparecer en la línea de puesta a tierra se reduce significativamente. Es adecuado para ocasiones con alta frecuencia de trabajo (≥ 10 MHZ). Sin embargo, la conexión a tierra multipunto puede causar muchos bucles de tierra dentro del dispositivo, reduciendo así la resistencia del dispositivo' s campos electromagnéticos. En el caso de la conexión a tierra multipunto, debemos tener en cuenta los problemas de bucle intencionales, especialmente la interferencia electromagnética causada por el bucle de tierra cuando se conecta en red entre diferentes módulos y dispositivos:

El cable a tierra ideal debe ser una entidad física con cero potencial y cero impedancia. Sin embargo, el cable de tierra real tiene un componente de resistencia y un componente de reactancia. Cuando una corriente fluye a través del cable de tierra, se genera una caída de voltaje. El cable de tierra formará un bucle con otras conexiones (señal, línea de alimentación, etc.). Cuando el campo electromagnético variable en el tiempo está acoplado a este circuito, se generará una fuerza electromotriz inducida en el circuito de tierra y el circuito de tierra lo acoplará a la carga, lo que representa una amenaza potencial de EMI.

3. Conexión a tierra mixta: mezclar conexión a tierra de un solo punto y conexión a tierra multipunto.

En general, todos los módulos utilizarán dos métodos de conexión a tierra de manera integral, y usarán un método de conexión a tierra mixto para completar la conexión entre la conexión a tierra del circuito y el plano de conexión a tierra.

Si no elige usar todo el plano como una tierra común, como cuando el módulo tiene dos tierras, debe dividir el plano de tierra, que a menudo interactúa con el plano de potencia. Presta atención a los siguientes principios:

(1) Alinee los planos para evitar la superposición entre el plano de potencia irrelevante y el plano de tierra, de lo contrario, hará que todos los planos de tierra fallen e interfieran entre sí;

(2) En el caso de alta frecuencia, se producirá el acoplamiento entre las capas a través de la capacitancia parásita de la placa de circuito;

(3) Las líneas de señal entre planos de tierra (como planos de tierra digitales y planos de tierra analógicos) están conectadas por puentes de tierra, y la ruta de retorno más cercana se configura a través del agujero pasante más cercano.

(4) Evite ejecutar trazas de alta frecuencia, como líneas de reloj cerca del plano de tierra aislado, que causan radiación innecesaria.

(5) El área de bucle formada por la línea de señal y su bucle es lo más pequeña posible, también conocida como la regla mínima de bucle; cuanto menor es el área del circuito, menor es la radiación externa y menor es la interferencia recibida del mundo exterior. Al dividir el plano de tierra y las señales de enrutamiento, tenga en cuenta la distribución del plano de tierra y las trazas de señales importantes para evitar problemas causados ​​por la ranura del plano de tierra.

4. Tierra flotante:

Tierra flotante se refiere a un método de conexión a tierra donde el sistema de conexión a tierra del equipo está aislado eléctricamente de la tierra.

Debido a algunas debilidades del suelo flotante, no es adecuado para sistemas grandes en general, y su método de conexión a tierra rara vez se utiliza.