Оглавление
1. Уменьшите площадь контура заземления
2. Одноточечное заземление и многоточечное заземление
4. Уменьшите влияние контуров заземления
Схема заземления сигнала
Сегодня мы поговорим о проблеме заземления в схемотехнике.
В электрической системе заземление включает в себя два понятия: одно — защитное заземление, а другое — сигнальное заземление; первое обычно используется в сильном электрическом оборудовании, а корпус заземляется, чтобы предотвратить поражение людей электрическим током; второе — заземление. обратный путь сигналов в цепи. Здесь мы в основном говорим о сигнальном заземлении , и я напишу еще одну специальную тему о защитном заземлении.
1. Уменьшите площадь контура заземления
Во-первых, давайте поговорим о концепции текущей петли.
См. рисунок ниже, предполагая, что на верхнем слое печатной платы есть цепь, источник посылает сигнал, а нагрузка подключена через провод, а заземляющая пластина находится на нижнем слое печатной платы, и схема подключена к плоскости заземления нижнего слоя через переходные отверстия A и B:
Ток I сигнала идет от клеммы источника, через B к земле, от заземляющего слоя к A к нагрузке и, наконец, обратно к отрицательной клемме источника. Путь, пройденный током, представляет собой полный цикл. По сути, это круговой путь, по которому течет электричество.
Мы понимаем явление электромагнитной индукции: если переменное магнитное поле проходит через область, окруженную тороидальной катушкой, в катушке будет индуцироваться ток. Когда окружающая цепь работает, изменения электрических и магнитных полей неизбежны, а ток, индуцируемый в петле, представляет собой вредные помехи. Следовательно, максимальное уменьшение площади контура цепи может уменьшить эту часть помех .
В низкочастотной цепи, как показано на схеме ниже, ток будет течь по пути наименьшего сопротивления:
Следовательно, нам нужно только сделать площадь, охватываемую всей петлей, как можно меньшей при подключении (положение сквозного отверстия можно перемещать, а положение устройства верхнего слоя также можно перемещать, чтобы уменьшить длину кабеля). след).
На высоких частотах ситуация иная.Как показано на рисунке ниже, ток будет течь по пути наименьшей индуктивности, который является путем соседнего слоя прямо напротив провода верхнего слоя:
В это время, пока плоскость заземления примыкает к сигнальному слою и завершена , это минимальная площадь петли. Что нам нужно сделать, так это не срезать пласт на пути его текущего течения.
2. Одноточечное заземление и многоточечное заземление
Мы знаем, что идеальный заземляющий слой — это хороший проводник с одинаковым потенциалом везде и без импеданса. Но на самом деле у него есть сопротивление и реактивное сопротивление. Когда ток в цепи больше, сопротивление вызывает значительное падение напряжения, что делает уровень каждой точки заземления разным; когда частота сигнала в цепи выше, проводник в качестве заземляющего слоя будет иметь более очевидный вид. эффект индуктивности, приводящий к большему индуктивному сопротивлению. Это подводит нас к первому вопросу нашей конструкции заземления: одноточечное заземление и многоточечное заземление.
На следующем рисунке показана форма одноточечного заземления и многоточечного заземления:
Как видно из рисунка, многоточечное заземление означает, что каждый блок схемы напрямую соединен с заземляющей пластиной, тогда как одноточечное заземление означает, что заземление каждого блока схемы сначала соединено вместе, а затем подключено к заземляющей пластине. через одну точку. Так в чем же разница между одноточечным заземлением и многоточечным заземлением и где они используются?
Мы знаем, что заземляющий провод также является проводом, который может быть эквивалентен следующему виду: последовательно соединенные сопротивление и индуктивность.
Чем выше частота сигнала, тем больше индуктивное сопротивление, создаваемое индуктивностью L. Когда длина линии нечетно кратна 1/4 длины волны, будет формироваться более серьезный антенный эффект, и сопротивление заземления будет очень высоким. . Поэтому в этом случае для соединения земли цепи с заземляющей пластиной (чем короче заземляющий провод, тем меньше эквивалент L) целесообразно использовать многоточечное заземление. Когда частота сигнала выше 100 кГц или когда задействованы цифровые цепи, рекомендуется заземлить модуль схемы поблизости, чтобы минимизировать импеданс земли . Длина заземляющего провода обычно составляет менее 1/20 длины волны.
В цепи низкочастотного сигнала для удобного уменьшения контура заземления рекомендуется использовать одноточечное заземление.
Когда в цепи есть как высокая частота, так и низкая частота, можно использовать смешанный метод заземления.На следующем рисунке показан способ достижения смешанного заземления.Низкочастотный контур заземляется через провод, а сигнал высокочастотного контура можно соединить с землей через конденсатор поблизости:
3. Импедансная связь на землю
В одноточечной системе заземления в последовательной форме может возникнуть проблема связи импедансов, как показано на следующем рисунке:
Три цепи 1, 2 и 3 последовательно заземлены в одной точке, а сопротивления каждой секции заземляющей линии равны R1, R2 и R3.
В это время потенциал точки А равен Va=(I1+I2+I3)*R1,
А потенциал точки C равен Vc=Va+(I2+I3)*R2 + I3*R3,
Видно, что потенциалы точек А и С разные, то есть в этой системе потенциалы реальных точек заземления каждой цепи разные!
Также легко увидеть, что на потенциал точки заземления цепи 3 будет влиять цепь 1, то есть на потенциал точки земли цепи будут влиять другие цепи! Эту проблему можно решить, изменив способ соединения и заменив его параллельным одноточечным способом заземления, что может устранить потенциальное влияние других цепей на эту цепь.
Другой пример связи общего импеданса показан на рисунке ниже.Легко видеть, что при наличии общей линии заземления сигналы на нагрузке RL1 и нагрузке RL2 больше не являются отдельными VS1 или VS2, а генерируются импедансом Zg общей линии заземления.
Эта связь должна быть решена путем минимизации сопротивления земли.
4. Уменьшите влияние контуров заземления
Концепция контура заземления показана на рисунке ниже:
Если предположить, что есть две системы, которые находятся далеко друг от друга для передачи сигналов, и две системы заземлены рядом, а внутренние цепи не предназначены для плавания, то земля и сигнальные линии системы образуют большую петлю.
В этой системе могут быть различные источники помех: разность потенциалов VG, создаваемая разными потенциалами двух точек заземления, может изменяться с изменением тока в земле, когда работают окружающие электроприборы; контур заземления легко нарушается внешнее изменяющееся магнитное поле; Есть несколько обратных путей для сигнала на низких частотах...
В настоящее время, поскольку две системы находятся далеко друг от друга, метод снижения импеданса земли не подходит, и если сигнал является высокочастотным сигналом, он не может быть решен с помощью заземления в одной точке. На данный момент есть несколько решений:
А) Для изоляции передаваемого сигнала используются оптопары и трансформаторы , а контур заземления отсекается;
B) Синфазный дроссель используется последовательно на пути передачи.Поскольку синфазный дроссель не влияет на сигнал дифференциального режима, он только изолирует синфазный сигнал, что может устранить синфазные помехи, создаваемые землей. петля;
C) Используя дифференциальную передачу , принимающая сторона распознает только дифференциальные сигналы и подавляет синфазные сигналы.
Исходная ссылка: https://blog.csdn.net/little_grapes/article/details/129253222