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            基于PCB模擬設(shè)計(jì)的良好接地指導(dǎo)原則

            作者: 時(shí)間:2012-09-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            0,0); TEXT-INDENT: 0px; WHITE-SPACE: normal; LETTER-SPACING: normal; BACKGROUND-COLOR: rgb(255,255,255); TEXT-ALIGN: left; orphans: 2; widows: 2; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px"> 雖然接地層可以解決很多地阻抗問題,但它們并非靈丹妙藥。即使是一片連續(xù)的銅箔,也會(huì)有殘留電阻和電感;在特定情況下,這些就足以妨礙電路正常工作。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注意不要在接地層注入很高電流,因?yàn)檫@樣可能產(chǎn)生壓降,從而干擾敏感電路。

            保持低阻抗大面積接地層對(duì)目前所有模擬電路都很重要。接地層不僅用作去耦高頻電流(源于快速數(shù)字邏輯)的低阻抗返回路徑,還能將EMI/RFI輻射降至最低。由于接地層的屏蔽作用,電路受外部EMI/RFI的影響也會(huì)降低。

            接地層還允許使用傳輸線路技術(shù)(微帶線或帶狀線)傳輸高速數(shù)字或模擬信號(hào),此類技術(shù)需要可控阻抗。

            由于“總線(bus wire)”在大多數(shù)邏輯轉(zhuǎn)換等效頻率下具有阻抗,將其用作“地”完全不能接受。例如,#22標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線具有約20 nH/in的電感。由邏輯信號(hào)產(chǎn)生的壓擺率為10 mA/ns的瞬態(tài)電流,流經(jīng)1英寸該導(dǎo)線時(shí)將形成200 mV的無用壓降:

            基于PCB模擬設(shè)計(jì)的良好接地指導(dǎo)原則

            對(duì)于具有2 V峰峰值范圍的信號(hào),此壓降會(huì)轉(zhuǎn)化為大約200 mV或10%的誤差(大約“3.5位精度”)。即使在全數(shù)字電路中,該誤差也會(huì)大幅降低邏輯噪聲裕量。

            圖2顯示數(shù)字返回電流調(diào)制模擬返回電流的情況(頂圖)。接地返回導(dǎo)線電感和電阻由模擬和數(shù)字電路共享,這會(huì)造成相互影響,最終產(chǎn)生誤差。一個(gè)可能的解決方案是讓數(shù)字返回電流路徑直接流向GND REF,如底圖所示。這顯示了“星型”或單點(diǎn)接地系統(tǒng)的基本概念。在包含多個(gè)高頻返回路徑的系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)真正的單點(diǎn)接地。因?yàn)楦鞣祷仉娏鲗?dǎo)線的物理長(zhǎng)度將引入寄生電阻和電感,所以獲得低阻抗高頻接地就很困難。實(shí)際操作中,電流回路必須由大面積接地層組成,以便獲取高頻電流下的低阻抗。如果無低阻抗接地層,則幾乎不可能避免上述共享阻抗,特別是在高頻下。

            所有集成電路接地引腳應(yīng)直接焊接到低阻抗接地層,從而將串聯(lián)電感和電阻降至最低。對(duì)于高速器件,不推薦使用傳統(tǒng)IC插槽。即使是“小尺寸”插槽,額外電感和電容也可能引入無用的共享路徑,從而破壞器件性能。如果插槽必須配合DIP封裝使用,例如在制作原型時(shí),個(gè)別“引腳插槽”或“籠式插座”是可以接受的。以上引腳插槽提供封蓋和無封蓋兩種版本。由于使用彈簧加載金觸點(diǎn),確保了IC引腳具有良好的電氣和機(jī)械連接。不過,反復(fù)插拔可能降低其性能。

            圖2. 流入模擬返回路徑的數(shù)字電流產(chǎn)生誤差電壓。

            應(yīng)使用低電感、表面貼裝陶瓷電容,將電源引腳直接去耦至接地層。如果必須使用通孔式陶瓷電容,則它們的引腳長(zhǎng)度應(yīng)該小于1 mm。陶瓷電容應(yīng)盡量靠近IC電源引腳。噪聲過濾還可能需要鐵氧體磁珠。

            這樣的話,可以說“地”越多越好嗎?接地層能解決許多地阻抗問題,但并不能全部解決。即使是一片連續(xù)的銅箔,也會(huì)有殘留電阻和電感;在特定情況下,這些就足以妨礙電路正常工作。圖3說明了這個(gè)問題,并給出了解決方法。



            關(guān)鍵詞: PCB 模擬設(shè)計(jì) 接地指導(dǎo)

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