Yüksek Hızlı PCB Tasarımının Topraklama Sınıflaması Nedir?
May 20, 2020
Elektronik teknolojisinin gelişmesiyle, elektronik ürünlerin ürün fonksiyonları gittikçe daha güçlü hale geliyor. PCB tasarımı, elektronik ürünlerin tasarımında önemli bir rol oynar, çünkü PCB'nin iyi veya kötü tasarımı, ürün işlevlerinin gerçekleştirilmesini doğrudan etkileyecektir.
Elektronik ürünlerin tasarımında, işlevini yerine getirmek için bir PCB devresi tasarlamak zor değildir. Zorluk, sıcaklık ve nem değişiklikleri, hava basıncındaki değişiklikler, mekanik şok, korozyon vb.Gibi çeşitli etkilerden etkilenmemesi. bu etkileri ortadan kaldırmak veya azaltmak için önlemler. Topraklama tasarımının sistem tasarımının temeli olduğunu herkes bilir. İyi topraklama, sistemin güvenli ve kararlı çalışması için bir ön koşuldur. Bu yüzden bugün yüksek hızlı PCB tasarımında topraklama yöntemi ile ilgili bilgilerden bahsedeceğiz.
PCB topraklama tasarımı:
Geniş topraklama, sağlam zemin ve sanal zemin olmak üzere iki anlam içerir. Sağlam toprak, toprak ile bağlantıyı ifade eder; sanal toprak bağlantısı, potansiyel referans noktasıyla bağlantıyı ifade eder, bu referans noktası yerden elektriksel olarak yalıtıldığında yüzer bağlantı olarak adlandırılır. Topraklamanın iki amacı vardır: biri kontrol sisteminin istikrarlı ve güvenilir çalışmasını sağlamak ve genellikle çalışma alanı olarak adlandırılan topraklama döngüsünün neden olduğu paraziti önlemektir; diğeri, ekipmanın yalıtım hasarı veya düşmesi nedeniyle operatöre elektrik çarpması riskinden kaçınmak ve ekipmanın güvenliğini sağlamaktır. Buna koruyucu topraklama denir.
Yer seçim prensibi:
Belirli bir cihaz veya sistem için, en yüksek ilgi frekansına karşılık gelen dalga boyunda λ, iletim hattının uzunluğu L> λ, yüksek frekans devresi olarak kabul edilir, aksi takdirde düşük frekans devresi olarak kabul edilir.
(1) Düşük frekans devresi (≤ 1 MHZ), tek noktalı topraklama önerilir;
(2) Yüksek frekans devresi (≥ 10 MHZ), çok noktalı topraklama önerilir;
(3) Yüksek ve düşük frekanslı karışık devre, karışık topraklama, uygulanabilir çalışma frekansı aralığı genellikle 500 kHz - 3 0MHz'dir;
PCB topraklama yöntemi:
1. Tek nokta topraklama: Tüm devrelerin toprak kabloları, zemin düzleminde aynı noktaya bağlanır ve seri tek nokta topraklama ve paralel tek nokta topraklama olarak ayrılır.
Tek noktalı topraklama, daha düşük frekanslı devreler için uygundur ( 1 MHZ'nin altında). Sistemin çalışma frekansı, çalışma dalga boyu sistem topraklama kablosunun uzunluğu ile karşılaştırılabilecek kadar yüksekse, tek noktalı topraklama yönteminde bir sorun vardır. Toprak telinin uzunluğu, dalga boyunun yüzde 25 uzunluğuna yakın olduğunda, kısa devre terminalleri olan bir iletim hattı gibidir. Toprak telinin akımı ve voltajı duran dalgalar olarak dağıtılır. Toprak kablosu yayılan bir anten haline gelir ve&"toprak GG" rolünü oynayamaz.
Toprak empedansını azaltmak ve radyasyondan kaçınmak için topraklama telinin uzunluğu, dalga boyunun yüzde 5 uzunluğundan az olmalıdır. Güç devresinin işlenmesinde genellikle tek bir topraklama noktası düşünülebilir. Çok sayıda dijital devrede kullanılan PCB'ler için, zengin yüksek dereceli harmonikleri nedeniyle genellikle tek noktalı bir topraklama yöntemi kullanılması önerilmez.
2. Çok noktalı topraklama: Tüm devrelerin topraklama kabloları yakınlarda topraklanır. Topraklama kablosu çok kısadır ve yüksek frekanslı topraklama için uygundur.
Çok noktalı topraklama, ekipmandaki her bir topraklama noktasının kendisine en yakın topraklama düzlemine doğrudan bağlandığı, böylece topraklama kablosunun uzunluğunun en kısa olacağı anlamına gelir.
Çok noktalı topraklama devresinin yapısı basittir ve topraklama hattında görünebilen yüksek frekanslı ayakta dalga olgusu önemli ölçüde azalır. Yüksek çalışma frekansı (≥ 10 MHZ) olan durumlar için uygundur.Ancak, çok noktalı topraklama cihazın içinde birçok toprak döngüsüne neden olabilir, böylece cihazın' harici direncini azaltır. Elektromanyetik alanlar. Çok noktalı topraklama durumunda, özellikle döngü modülleri, özellikle farklı modüller ve cihazlar arasında ağ bağlantısı yaparken toprak döngüsünün neden olduğu elektromanyetik parazitlere dikkat etmeliyiz:
İdeal topraklama kablosu sıfır potansiyele ve sıfır empedansa sahip fiziksel bir varlık olmalıdır. Bununla birlikte, gerçek toprak kablosunun kendisi hem bir direnç bileşenine hem de bir reaktans bileşenine sahiptir. Topraklama kablosundan bir akım geçtiğinde, bir voltaj düşüşü oluşur. Topraklama kablosu diğer bağlantılarla (sinyal, güç hattı, vb.) Bir halka oluşturacaktır. Zamanla değişen elektromanyetik alan bu döngüye bağlandığında, toprak döngüsünde indüklenen bir elektromotor kuvvet üretilecek ve potansiyel bir EMI tehdidi oluşturacak şekilde toprak döngüsü tarafından yüke bağlanacaktır.
3. Karışık topraklama: tek noktalı topraklamayı ve çok noktalı topraklamayı karıştırın.
Genel olarak, tüm modüller kapsamlı bir şekilde iki topraklama yöntemi kullanacak ve devre topraklaması ile toprak düzlemi arasındaki bağlantıyı tamamlamak için karışık bir topraklama yöntemi kullanacaktır.
Tüm düzlemi, modülün iki topraklaması olduğu gibi ortak bir toprak olarak kullanmayı seçmezseniz, genellikle güç düzlemiyle etkileşime giren zemin düzlemini bölmeniz gerekir. Aşağıdaki ilkelere dikkat edin:
(1) Alakasız güç düzlemi ile yer düzlemi arasındaki çakışmadan kaçınmak için düzlemleri hizalayın, aksi takdirde tüm yer düzlemlerinin başarısız olmasına ve birbirine müdahale etmesine neden olur;
(2) Yüksek frekans olması durumunda, devre kartı parazitik kapasitansı boyunca katmanlar arasında birleşme meydana gelecektir;
(3) Zemin düzlemleri arasındaki sinyal hatları (dijital zemin düzlemleri ve analog zemin düzlemleri gibi) zemin köprüleri ile bağlanır ve en yakın dönüş yolu en yakın geçiş deliğinden yapılandırılır.
(4) İzole edilmiş zemin düzlemine yakın saat çizgileri gibi yüksek frekanslı izlerden kaçının ve gereksiz radyasyona neden olun.
(5) Sinyal hattı ve döngüsü tarafından oluşturulan döngü alanı, döngü minimum kuralı olarak da bilinen mümkün olduğunca küçük; döngü alanı ne kadar küçük olursa, dış radyasyon o kadar az olur ve dış dünyadan alınan parazit o kadar küçük olur. Zemin düzlemini ve yönlendirme sinyallerini bölerken, zemin düzleminin yivlenmesinden kaynaklanan sorunları önlemek için zemin düzleminin dağılımını ve önemli sinyal izlerini göz önünde bulundurun.
4. Yüzen zemin:
Yüzen toprak, ekipman topraklama sisteminin yerden elektriksel olarak yalıtıldığı bir topraklama yöntemini ifade eder.
Yüzen toprağın bazı zayıflıkları nedeniyle, genel büyük sistemler için uygun değildir ve topraklama yöntemi nadiren kullanılır.