地線(xiàn)也是有阻抗的,電流流過(guò)地線(xiàn)時(shí),會(huì)產(chǎn)生電壓,此為噪聲電壓,而噪聲電壓則是影響系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾源之一,不可取。所以,要降低地線(xiàn)噪聲的前提是降低地線(xiàn)的阻抗。
眾所周知,地線(xiàn)是電流返回源的通路。隨著大規(guī)模集成電路和高頻電路的廣泛應(yīng)用,低阻抗的地線(xiàn)設(shè)計(jì)在電路中顯得尤為重要。這里就簡(jiǎn)單列舉幾種常用的接地方法:
單點(diǎn)接地
單點(diǎn)接地,顧名思義,就是把電路中所有回路都接到一個(gè)單一的,相同的參考電位點(diǎn)上。如下圖所示。
單點(diǎn)接地可以分為“串聯(lián)接地”和“并聯(lián)接地”兩種方式。串聯(lián)單點(diǎn)接地的方式簡(jiǎn)單,但是存在共同地線(xiàn)的原因,導(dǎo)致存在公共地線(xiàn)阻抗,如果此時(shí)串聯(lián)在一起的是功率相差很大的電路,那么互相干擾就非常嚴(yán)重。并聯(lián)單點(diǎn)接地的方式可以避免公共地線(xiàn)耦合的因素,但是每部分電路都需要引地線(xiàn)到接地點(diǎn)上,需要的地線(xiàn)就過(guò)多,不實(shí)用。
所以,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),可以采用串聯(lián)和并聯(lián)混合的單點(diǎn)接地方式。在畫(huà)PCB板時(shí),把互相不易干擾的電路放一層,把互相容易發(fā)生干擾的電路放不同層,再把不同層的地并聯(lián)接地。如下圖所示。
單點(diǎn)接地在高頻電路里面,因?yàn)榈鼐€(xiàn)長(zhǎng),地線(xiàn)的阻抗是永遠(yuǎn)避免不了的因素,所以并不適用,那怎么辦呢?下面再介紹“多點(diǎn)接地”。
多點(diǎn)接地
當(dāng)電路工作頻率較高時(shí),想象一下高頻信號(hào)在沿著地線(xiàn)傳播時(shí),所到之處影響周邊電路會(huì)有多么嚴(yán)重,因此所有電路就要就近接到地上,地線(xiàn)要求最短,多點(diǎn)接地就產(chǎn)生了。
多點(diǎn)接地,其目的是為了降低地線(xiàn)的阻抗,在高頻(f 一定的條件下)電路中,要降低阻抗,主要從兩個(gè)方面去考慮,一是減小地線(xiàn)電阻,二是減小地線(xiàn)感抗。
1,減小地線(xiàn)導(dǎo)體電阻,從電阻與橫截面的關(guān)系公式中我們知道,要增加地線(xiàn)導(dǎo)通的橫截面積。但是在高頻環(huán)境中,存在一種高頻電流的趨膚效應(yīng)(也叫集膚效應(yīng)),高頻電流會(huì)在導(dǎo)體表面通過(guò),所以單純?cè)龃蟮鼐€(xiàn)導(dǎo)體的橫截面積往往作用不大??梢钥紤]在導(dǎo)體表面鍍銀,因?yàn)殂y的導(dǎo)電性較其他導(dǎo)電物質(zhì)優(yōu)秀,故而會(huì)降低導(dǎo)體電阻。
2,減小地線(xiàn)的感抗,最好的方法就是增大地線(xiàn)的面積。
在實(shí)際應(yīng)用時(shí),地線(xiàn)短,地面積大,抗干擾的效果就會(huì)更好。
寫(xiě)到這里時(shí),可能有人會(huì)問(wèn),如何才算是高頻電路?參考楊繼深教授的書(shū)籍《電磁兼容EMC技術(shù)》有提到“通常1MHZ以下算低頻電路,可以采用單點(diǎn)接地,10MHZ以上算高頻電路,可以采用多點(diǎn)接地的方式”,1MHZ和10MHZ時(shí),如果最長(zhǎng)地線(xiàn)不超過(guò)波長(zhǎng)的1/20,可以單點(diǎn)接地,否則多點(diǎn)接地。
假如電路中既有高頻信號(hào),又有低頻信號(hào),怎么辦?混合接地會(huì)是個(gè)好選擇!
混合接地
如圖所示。
通過(guò)圖來(lái)分析。
上圖中的第一種結(jié)構(gòu),假定工作在低頻電路中,根據(jù)容抗Zc = 1/2πfc可知,容抗在低頻環(huán)境下很大,而高頻環(huán)境下很小。那么地線(xiàn)在低頻時(shí)是斷開(kāi)的,在受到高頻干擾時(shí)接近導(dǎo)通。如此接法可以有效避開(kāi)地線(xiàn)環(huán)路的干擾影響。
上圖中的第二種結(jié)構(gòu),假定工作在高頻電路中,根據(jù)感抗Zl = 2πfl可知,感抗在低頻環(huán)境下很小,而高頻環(huán)境下很大。那么地線(xiàn)在低頻時(shí)是類(lèi)似導(dǎo)通的,在受到高頻干擾時(shí)是斷開(kāi)。如此接法可以有效避開(kāi)地環(huán)路電流的影響。
綜述,在實(shí)際應(yīng)用中,電路根據(jù)工作環(huán)境采用合適的接地方式可以有效避開(kāi)干擾信號(hào),達(dá)到電路的最優(yōu)效果。