Heutzutage haben alle Arten von elektronischen Produkten in alle Bereiche des menschlichen Lebens Einzug gehalten, was zur schnellen Entwicklung von Leiterplatten (PCBs), dem Kern elektronischer Geräte, geführt hat. Ob elektronische Geräte normal, sicher und stabil arbeiten können, hängt in hohem Maße vom PCB-Design ab. Im Prozess des PCB-Designs ist der wichtigste Abschnitt die Auslegung der Erdung und der Störsicherheit für elektronische Produkte. Bis heute vertreten Entwickler spezifischer Leiterplatten ihre eigenen Ansichten zur Erdung und zur Störsicherheit, und sowohl die Methoden als auch die Technologien in Bezug auf Erdung und Störsicherheit entwickeln sich ständig weiter, was eine wichtige Grundlage für den dauerhaft stabilen und sicheren Betrieb elektronischer Geräte bietet. Dieser Artikel erörtert Strategien zur Entstörung und Erdung von Leiterplatten.
Erdung von Digitalsignalen und Analogsignalen
Im Prozess des PCB-Designs gelingt es uns nicht, digitale Signalbereiche strikt von analogen Signalbereichen zu unterscheiden. Ein weiteres Beispiel: In einer Schaltung ist es bei einem gemeinsamen Abschnitt schwierig zu beurteilen, zu welchem Abschnitt die Versorgungsspannung gehört. Die übliche Methode zur Störunterdrückung besteht darin, digitale Schaltungen von analogen Schaltungen zu trennen, und sie sollten in unterschiedlichen Bereichen gezeichnet werden. Aber wie soll der Abschnitt gestaltet werden, der sich nicht strikt unterscheiden lässt, wie zum Beispiel der oben erwähnte Versorgungsabschnitt? Das Wesentliche bei der Unterscheidung von analogen und digitalen Signalen liegt in der Eigenschaft des betreffenden Chips, also darin, ob der Chip analog oder digital ist. Der Versorgungsabschnitt versorgt analoge Schaltungen mit Energie, wenn er zum Analogteil gehört, während er zum Digitalteil gehört, wenn er einen digitalen Chip versorgt. Wenn jedoch beide Abschnitte gleichzeitig dieselbe Versorgung verwenden, wird die Brückenmethode angewendet, um die Versorgung von einem anderen Teil heranzuführen. Das oben erwähnte Anti-Interferenz-System ist derzeit eine relativ gängige Methode. In der Praxis funktioniert diese Methode jedoch nur in einigen kleinen Systemen oder PCBs. In großen Schaltungssystemen hingegen führt die Anwendung dieser Methode in der Regel zu vielen potenziellen Problemen, insbesondere in komplexen Systemen, in denen diese Probleme so deutlich hervortreten, dass EMI-Probleme durch Leitungsführung unter Umgehung von Verteilungsabständen verursacht werden. Zum Beispiel, wenn ein typischer A/D-Wandler eingesetzt wird,Leiterplatten-FertigungsbetriebeEs wird empfohlen, AGND und DGND am A/D-Wandler mit geringer Impedanz über die kürzeste Leitung mit Masse zu verbinden. Daher werden bei Anwendung der oben genannten Methode die beiden Massen über die Verbindungsbrücke verbunden, die eine zur IC-Breite unter dem A/D-Wandler äquivalente Breite aufweist.
Bei Systemen mit vielen A/D-Wandlern würden jedoch, wenn jeder gemäß der oben genannten Methode verarbeitet würde, Mehrpunktverbindungen entstehen. Dies hätte keine Bedeutung für die Isolation zwischen Digitalmasse und Analogmasse. Um dieses Problem zu lösen, sollte Erdung angewendet werden, wobei die Erdung in Digitalmasse und Analogmasse unterteilt wird. Dies ist sowohl in der Lage, die Anforderungen der Hersteller zu erfüllen, als auch die EMV-Probleme so weit wie möglich zu reduzieren.
Analyse zur Hochfrequenzsignal-Störunterdrückung
Im Prozess der Entwicklung von Leiterplatten mit Hochfrequenzsignalen kann jedes Metall oder jeder Leiter als Bauelement betrachtet werden, das aus Widerstand, Induktivität und Kapazität besteht. Eine gedruckte Leiterbahn mit einer Länge von 25 mm auf einer Leiterplatte kann eine Induktivität von 15 nH bis 20 nH erzeugen. Daher sollte eine Mehrpunkt-Masseführung angewendet werden, damit jedes Schaltungssystem an eine benachbarte Masseleitung mit der geringsten Impedanz angeschlossen wird. Außerdem sollten die Masseimpedanz und die Induktivität zwischen den Masseleitungen so weit wie möglich verringert und die durch verteilte Kapazitäten verursachte gegenseitige Kopplung zwischen den Schaltungen reduziert werden. Die einfachste Methode der Mehrpunkt-Masseführung besteht in einer vollständigen Kupferbeschichtung. Die Masseanschlüsse der Bauelemente werden mit der Kupferbeschichtung verbunden, und die Massefläche, die den größten Teil der Leiterplatte bedeckt, stellt eine Referenzebene mit extrem niedriger Impedanz bereit. Dadurch kann unnötige Hochfrequenzkopplung zwischen den einzelnen Bauelementen und Funktionsschaltungen vermieden werden.
Digitale Masse und analoge Masse müssen unabhängig voneinander verarbeitet werden inHochfrequenz-Leiterplatten. Die Bezugspotenziale (Massepegel) von hochfrequenten digitalen Signalleitungen unterscheiden sich in der Regel voneinander, und es kommt häufig zu Spannungsabweichungen zwischen ihnen. Außerdem enthalten die Masseleitungen hochfrequenter Digitalsignale stets einen sehr hohen Anteil an Oberwellen hochfrequenter Signale. Werden die Masseleitungen von Digitalsignalen direkt mit den Masseleitungen von Analogsignalen verbunden, so stören die Oberwellen der Hochfrequenzsignale die Analogsignale durch Kopplung über die Masseleitung. Üblicherweise sollten die Masseleitungen hochfrequenter Digitalsignale von den Masseleitungen der Analogsignale getrennt werden, entweder durch eine Einpunktverbindung an geeigneter Stelle oder durch eine Verbindung über hochfrequente Drossel-Ferritperlen.
Analyse zur Hochfrequenzsignal-Störunterdrückung
Im Leiterplattendesign,KomponentenlayoutDicke und Stärke der Leiterbahnen stehen in engem Zusammenhang mit Störungen, was professionelle Technik und umfassende Erkennungsfähigkeit der Designer erfordert. Die Störsicherheit des PCB-Designs hängt mit der Anwendungsleistung elektronischer Produkte zusammen. Die in diesem Artikel vorgestellte Regelübersicht ist die Zusammenfassung praktischer Designerfahrungen und für PCB-Designer auf jeden Fall nützlich.
