电力电子技术中的接地设计.ppt

1电磁兼容磁兼容设计-接地接地设计九洲九洲电气气 刘志刘志强2一 概述 接接地地技技术是是电子子通通讯设备必必须采采用用的的重重要要技技术，众众所所周周知知，电磁磁兼兼容容设计三三大大措措施施为：接接地地、屏屏敞敞和和滤波波。通通过现场和和试验统计调查，有有80%80%以以上上的的故故障障源源于于接接地地设计不不良良，正正确确的的接接地地不不仅是是保保护设备和和人人身身安安全全的的必必要要手手段段，也也是是电子子设备稳定定可可靠靠工工作作的的重重要要条条件件。如如果果接接地地设计不不好好，轻则导致致设备运运行行不不稳定定，如如程程控控数数字字交交换机机的的呼呼损增增大大、光光电传输设备的的误码率率增增加加、故故障障率率上上升升，重重则导致致设备无无法法正正常常工工作作、甚甚至至发生生重重大大事事故故、使使设备毁坏，坏，这方面的例子很多，造成的方面的例子很多，造成的损失无法估量。失无法估量。3 一接地一接地设计的基本原理的基本原理 ：好好的的接接地地系系统是是抑抑制制电磁磁干干扰的的一一种种技技术措措施施，其其电路路和和设备地地线任任意意两两点点之之间的的电压与与线路路中中的的任任何何功功能能部部分分相相比比较，都都可可以以忽忽略略不不计；差差的的接接地地系系统，可可以以通通过地地线产生生寄寄生生电压和和电流流偶偶合合进电路路，地地线或或接接地地平平面面总有有一一定定的的阻阻抗抗，该公公共共阻阻抗抗使使两两两两接接地地点点间形形成成一一定定的的压降降，引引起起接接地地干干扰，使使系系统的的功功能能受受到到影影响响。从从而而影影响响产品的可靠性。品的可靠性。4 二二接地的目的接地的目的接地的目的主要有三个：接地的目的主要有三个：1)接接地地使使整整个个电路路系系统中中所所有有单元元电路路都都有有一一个个公公共的参考零共的参考零电位，保位，保证电路系路系统能能稳定地工作。定地工作。2)防防止止外外界界电磁磁场的的干干扰。机机壳壳接接地地可可以以使使得得由由于于静静电感感应而而积累累在在机机壳壳上上的的大大量量电荷荷通通过大大地地泄泄放放，否否则这些些电荷荷形形成成的的高高压可可能能引引起起设备内内部部的的火火花花放放电而而造造成成干干扰。另另外外，对于于电路路的的屏屏蔽蔽体体，若若选择合合适的接地，也可适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。得良好的屏蔽效果。3)保保证安安全全作作。当当发生生直直接接雷雷电的的电磁磁感感应时，可可避避免免电子子设备的的毁坏坏；当当工工频交交流流电源源的的输入入电压因因绝缘不不良良或或其其它它原原因因直直接接与与机机壳壳相相通通时，可可避避免免操操作作人人员的触的触电事故事故发生。生。5 三三电子子设备“地地”的主要种的主要种类 ：1 1）大地）大地地球，良地球，良导体，有效地吸收和体，有效地吸收和发散散电流。流。2 2）系系统地地信信号号回回路路的的电位位基基准准点点，简称称系系统地地、工工作作地地或或电源地。源地。3)3)模模拟地地连接模接模拟元器件接地引出端形成的地元器件接地引出端形成的地线。4)4)数字地数字地连接数字元器件接地引出端形成的地接数字元器件接地引出端形成的地线。5)5)保保护地地连接保接保护元器件接地引出端形成的地元器件接地引出端形成的地线。6)6)屏蔽地屏蔽地连接屏蔽体接地端形成的地接屏蔽体接地端形成的地线。7 7）机壳地机壳地 连接接设备的机壳。的机壳。8 8）防防雷雷地地 为防防直直击雷雷而而在在建建筑筑物物上上安安装装的的连接接各各种种接接闪器（避雷器）至接地网的地器（避雷器）至接地网的地线。9)9)安全地安全地为保保证人身和人身和设备的安全而接的地的安全而接的地线。6 四接地四接地设计的基本原的基本原则 ：接接地地设计的的基基本本原原则是是电位位相相同同、内内部部电路路不不互互相相干干扰、抵抵御御外外来来干干扰。各各种种地地电位位相相同同使使不不同同性性质的的电路路有有一一个个统一一的的基基准准电位位，保保证电路路功功能能的的顺利利实现。电位位相相同同要要求求不不同同的的地地就就近近相相连。内内部部电路路不不互互相相干干扰要要求求不不同同的的地地在在较远处相相连。所所以以，电位位相相同同和和不不互互相相干干扰是是一一对矛矛盾盾的的双双方方，在在何何处相相连应考考虑哪哪一一方方占占主主导地地位位。当当设备受受到到的的外外来来干干扰（例例如如：ESDESD干干扰，EFTEFT干干扰，辐射射干干扰）较大大时，提提高高设备对外外来来干干扰的的抵抵御御能能力力上上升升为主主要矛盾，要矛盾，这时，各种地，各种地应合并合并为大面大面积接地。接地。7 五接地的方式五接地的方式 ：1 1 浮浮动地地 2 2 单点接地点接地 1 1 并并联单点接地点接地 2 2 串串联单点接地点接地 3 3 多点接地多点接地 4 4 复合接地复合接地 8l浮浮动地地l对于于电子子产品而言，浮品而言，浮动地是指地是指设备的地的地线在在电气上气上与参考地及其它与参考地及其它导体相体相绝缘，即，即设备浮浮动地，如地，如图1所所示；另一种情况是在有些示；另一种情况是在有些电子子产品中，品中，为了防止机箱了防止机箱上的上的骚扰电流直接耦合到信号流直接耦合到信号电路，有意将信号地与路，有意将信号地与机箱机箱绝缘，即，即单元元电路浮路浮动地地l单点接地点接地l接接地地点点只只有有一一个个的的连接接方方式式。在在频率率低低于于1 1MHzMHz时，较适适于于单点点接接地地，主主要要可可以以克克服服地地环路路因因素素造造成成系系统的的相相互互干干扰。按按照照接接地地点点的的不不同同，单点点接接地地可可以以分分为并并联单点点接接地地和和串串联单点点接接地两种形式地两种形式。l 并并联单点接地点接地l接接地地点点只只有有一一个个，是是将将需需要要接接地地的的各各部部分分，分分别以以接接地地导线直直接接连到到电位位基基准准点点（一一般般是是直直流流电源的源的负极或零伏点）；或者用极或零伏点）；或者用树枝状的枝状的9多多点点放放射射式式。如如图2 2所所示示。因因为这样仅有有很很少少的的公公共共信信号号返返回回导体体，能能有有效效地地避避免免公公共共阻阻抗抗和和接接地地闭合合回回路路造造成成的的干干扰。缺缺点点是是接接地地线又又长又又多多，经济性差，而且限制了装置的工作速度或性差，而且限制了装置的工作速度或频率。率。l并并联单点点接接地地主主要要应用用于于机机框框内内各各种种汇流流条条的的汇接。接。l串串联单点接地点接地l接接地地点点只只有有一一个个，是是以以一一截截面面积足足够大大的的导体体作作为接接地地母母线，直直接接接接到到电位位基基准准点点。如如图3 3所所示示。需需要要接接地地的的各各部部分分就就近近接接到到该母母线上上，由由于于接接地地母母线阻阻抗抗很很小小，故故能能够把把公公共共干干扰减减弱弱到到允允许的的程程度度。布布局局时，应把把功功率率回回路路的的接接地地点点安安排排在在靠靠近近电源源的的地地方方，而而把把小小电流流回回路路的的接接地地点点安安排排在在远离离电源源的的地方。地方。l串串联单点点接接地地主主要要应用用于于机机框框内内各各单板板参参考考地地到到汇流条的流条的连接接 10多点接地多点接地接接地地点点多多于于一一个个的的连接接方方式式。如如图4 4所所示示。在在高高频(f f 10MHz)10MHz)情情况况下下，由由于于接接地地线的的长度度过长，引引线电感感和和分分布布电容容的的影影响响不不能能忽忽略略，为降降低低接接地地阻阻抗抗、消消除除分分布布电容容的的影影响响而而平平面面式式多多点点接接地地，即即利利用用一一导电平平面面（如如底底板板或或多多层印印制制电路路板板的的导电平平面面层等等）作作为基基准准地地，需需要要接接地地的的各各部部分分就就近近接接到到该基基准准地地上上。由由于于导电平平面面的的高高频阻阻抗抗很很低低，所所以以各各处的的基基准准电位位比比较接接近近。为进一一步步减减少少接接地地回回路路的的压降降，可可用用旁旁路路电容容等等办法法减减少少返返回回电流的幅流的幅值及前沿陡度。及前沿陡度。多点接地方式主要多点接地方式主要应用于高用于高频信号到参考平面的信号到参考平面的连接。接。11复合接地复合接地单点点接接地地和和多多点点接接地地同同时作作用用的的连接接方方式式。如如图5 5所所示示。既既包包含含了了单点点接接地地地地特特性性，也也包包含含了了多多点点接接地地地地特特性性。主主要要应用用于于1 1MHz MHz f f 10MHz10MHz，低低频时单点点接接地地，高高频时多多点点接接地地的的场合合和和复复杂系系统的接地。的接地。12图1浮浮动地方式地方式13图2并并联单点接地点接地14图3串串联单点接地点接地 15图4多点接地多点接地 16图5复合接地复合接地 17一一设备系系统接地的原接地的原则 电磁磁噪噪声声或或电磁磁干干扰引引起起的的故故障障，绝大大多多数数（约占占5757）出出自自机机壳壳地地、工工作作地地线路路的的电位位波波动。降降低低机机壳壳地地、工工作作地地线路路阻阻抗抗，对于于抗抗脉脉冲冲噪噪声声和和静静电放放电都有利。都有利。接地是接地是为了在了在电路和某些基准点之路和某些基准点之间建立良好建立良好的的电气通路，气通路，为所有的信号提供一个公共的参考所有的信号提供一个公共的参考电平，以及防止因平，以及防止因设备带电对人人员造成造成电击危害。危害。二二 设备接地接地设计18 1)1)接接地地的的好好坏坏取取决决于于搭搭接接的的好好坏坏。两两接接地地点点间的的电位位差差或或由由于于磁磁通通交交连使使基基准准电位位变化。化。2)2)所所有有的的接接地地都都必必须避避免免公公共共阻阻抗抗传导耦耦合合、高高阻阻抗抗的的地地回回路路和和危危险的的工工作作条条件件（由于接地故障可能造成危（由于接地故障可能造成危险）。）。3)3)接接地地线应尽尽可可能能粗粗、短短，并并直直接接搭搭接接到到接接地地板板。目目的的尽尽量量减减少少地地回回路路的的阻阻抗抗，避避免免因因频率增高造成感抗增大。率增高造成感抗增大。19 4)4)在在低低频设备中中避避免免形形成成地地回回路路尤尤其其重重要要。因因为地地回回路路中中有有信信号号电流流时，接接地地线路阻抗使基准路阻抗使基准电位位变化。化。5)5)f1MHzf10MHzf10MHz，应用多点接地方式。用多点接地方式。7)7)1 1MHzf10MHzMHzf10MHz，若若用用一一点点接接地地，地地线长度度不不得得大大于于1/201/20波波长，否否则应使使用用多多点点接地。接地。20 8)8)对于于复复杂的的电子子设备，复复合合型型接接地地方方案案比比较适适用用。采采用用复复合合式式接接地地方方案案时，机机架架上上必必须设定定明明确确的的汇接接点点，汇接接点点必必须是是半半径径至至少少为1010mmmm的的洁净金属面。金属面。9)9)机机架架的的地地线噪噪声声是是很很大大的的，不不能能靠靠滑滑轨、铰链等等部部件件去去接接地地。装装于于机机架架上上的的电子子电路路应有分开的地有分开的地线。10)10)在在机机壳壳或或机机架架上上应有有接接地地螺螺栓栓和和明明显的的接地接地标志，接地螺栓的参考尺寸志，接地螺栓的参考尺寸为M8M8。21二机架式系二机架式系统接地接地设计 1)模模拟地地、数数字字地地、电源源地地和和保保护地地通通过汇流流条条在机架在机架汇接点接点单点点汇接。接。2)模模拟地地和和数数字字地地根根据据产品品具具体体情情况况可可以以采采取取两两种种汇接接方方式式(一一个个公公共共汇流流条条，在在汇流流条条上上单点点汇接接或两个公共或两个公共汇流条，在机架流条，在机架汇接点接点单点点汇接接)。3)3)根根据据产品品特特殊殊情情况况，对特特殊殊单元元电路路的的地地，使使用用汇流流条条汇接接于于机机架架汇接接点点。例例如如大大的的干干扰源源或或特特别敏感系敏感系统的分离地。的分离地。4 4）机机架架接接地地点点和和汇接接点点距距离离尽尽可可能能近近，接接地地点点再再以最短的扁平以最短的扁平电缆接到大地（接地平面）。接到大地（接地平面）。22 模拟工作地数字工作地电源地保护地保护地汇流条电源地汇流条工作地汇流条机架接地点汇接点机架式系机架式系统接地接地树示意示意图 23 三机架式系三机架式系统接地接地设计多多层机框的接地：机框的接地：一个一个设备的多的多层机框，各机框机框，各机框的部件的工作地和保的部件的工作地和保护地地应分分别引引线接到相接到相应的的汇流流条上而不能靠条上而不能靠导轨条、条、绞链、螺、螺丝等部件去接地。等部件去接地。设备接大地：接大地：工作地、保工作地、保护地、地、-48-48V V地地连接到接到机壳接地螺栓，再由机壳接地螺栓用接地机壳接地螺栓，再由机壳接地螺栓用接地线引至接地引至接地桩或接地或接地汇集集线上，上，见下下图。如果。如果-48-48V V电源与源与 5 5V V或或 1212V V 电源有共地的要求（如用源有共地的要求（如用户板），板），-48-48V V地与工地与工作地在后背板上（靠近作地在后背板上（靠近-48-48V V电源源输入插座位置）再相入插座位置）再相连。如果机房接地。如果机房接地汇集集线和和-48-48V V供供电线在地面走在地面走线，则接地螺栓接地螺栓应设置在机架下方。或者机架上下方均置在机架下方。或者机架上下方均设置接地螺栓，以方便灵活接置接地螺栓，以方便灵活接线。24 48V后背板1后背板2后背板3后背板4后背板5工作地汇流条保护地汇流条48V地汇流条48V汇流条48V地机房接地汇集线图立式大机架立式大机架设备的接地的接地设计接地螺栓25 对于有多个机架的于有多个机架的设备，各个机架的，各个机架的工作地、保工作地、保护地和机壳接地分地和机壳接地分别用接地用接地线引引到接地到接地桩或接地或接地汇集集线上。上。对于三于三线五五线制交流供制交流供电的的设备，机，机壳要接交流保壳要接交流保护地地线。对于无法接大地的于无法接大地的载体，如体，如飞机、机、轮船、船、汽汽车，可把其机身的金属壳体当成大地，可把其机身的金属壳体当成大地，设备的工作地、保的工作地、保护地和机壳接地直接接到其地和机壳接地直接接到其金属壳体上。金属壳体上。26 接地接地线材料材料为多股多股铜线，截面，截面积3535mmmm，两端两端应焊接接铜鼻子。鼻子。设备机壳接地螺栓机壳接地螺栓应足足够大（大（M8M8），），位置要靠近接地位置要靠近接地汇集集线，接地螺栓，接地螺栓处应有有明明显的接地的接地标志。志。工作地、保工作地、保护地、地、-48-48V V地和地和设备机壳机壳接地以及建筑防雷接地共用一接地以及建筑防雷接地共用一组接地体，接地体，称称为联合接地，以避免雷合接地，以避免雷击时出出现的地的地电位反位反击效效应。27四台式四台式设备的接地的接地设计1 1塑料外壳，塑料外壳，220220VACVAC三芯插三芯插头供供电 典典型型的的设备电脑显示示器器、小小型型示示波波器器等等。220220VACVAC电源源通通过开开关关电源源，或或变压器器整整流流稳压电源源，变换成成为直直流流电源源给设备电路路供供电，三三芯芯插插头的的接接地地端端接接开开关关电源源的的地地或或屏屏蔽蔽壳壳，变压器器的的屏屏蔽蔽壳壳，内内部部电路路接接地地处于于悬浮浮状状态或或者者一一点点接接三三芯芯插插头的的接接地地端端，塑塑料料外外壳壳的的内内层如如果果镀涂涂导电屏屏蔽蔽层，也也要要接接内内部部电路路地地。与与其其他他设备互互联时，电路路工工作作地地作作为接接口口接接地地，其其输出出接接口口芯芯线通通常常串串接接1 1KK电阻阻防防止止对地短路，地短路，输入接口通常入接口通常带有隔直有隔直电容容 28 2 2 塑塑料料外外壳壳，220220VACVAC三三芯芯插插头外外接接镇流流器器供供电，设备低低压直流供直流供电 典典型型的的设备小小型型化化视讯终端端等等。220220VACVAC电源源通通过开开关关电源源，或或变压器器整整流流稳压电源源，变换成成为直直流流电源源通通过直直流流电源源线给设备电路路供供电，电路路接接地地处于于悬浮浮状状态或或者者一一点点接接三三芯芯插插头的的接接地地端端，塑塑料料外外壳壳的的内内层如如果果镀涂涂导电屏屏蔽蔽层，也也要要接接内内部部电路路地地。与与其其他他设备互互联时，电路路工工作作地地作作为接接口口接接地地，输出出接接口口芯芯线通通常常串串接接1 1KK电阻阻防防止止对地地短短路路或或使使用用变压器器隔隔离离输出出，输入入接接口口通通常常带有有隔直隔直电容或容或变压器。器。29 三三 PCB板的接地板的接地设计 一一PCB板的接地板的接地设计的几点的几点说明明1 1应建建立立分分布布参参数数的的概概念念。高高于于一一定定频率率时，任任何何金金属属导线都都要要看看成成是是由由电阻阻、电感感构构成成的的器器件件。因因此此，接接地地引引线具具有有一一定定的的阻阻抗抗并并且且构构成成电气气回回路路，不不管管是是单点点接接地地还是是多多点点接接地地，都都必必须构构成成低低阻阻抗抗回回路路进入入地或机架。地或机架。2 2接接地地电流流流流经接接地地线时，会会产生生传输线效效应和和天天线效效应。3 3接地板上充接地板上充满高高频电流和干流和干扰场形成的形成的涡流。因流。因而，在接地点之而，在接地点之间构成构成许多回路，多回路，这些回路的直径些回路的直径（或接地点（或接地点间距）距）应小于最高小于最高频率波率波长的的1/201/20。30二二PCBPCB板的接地板的接地设计的原的原则 1 1在低在低频电路中，信号的工作路中，信号的工作频率小于率小于1 1MHzMHz，它的布它的布线和器件和器件间的的电感影响感影响较小，小，而接地而接地电路形成的路形成的环流流对干干扰影响影响较大，因大，因而而应采用采用单点接地。当信号工作点接地。当信号工作频率大于率大于1010MHzMHz时，地，地线阻抗阻抗变得很大，此得很大，此时应尽量尽量降低地降低地线阻抗，阻抗，应采用就近多点接地。当工采用就近多点接地。当工作作频率在率在1 11010MHzMHz时，如果采用一点接地，如果采用一点接地，其地其地线长度不度不应超超过波波长的的1/201/20，否，否则应采采用多点接地法。用多点接地法。31 2 2工作地和保工作地和保护地分开。由于浪涌、静地分开。由于浪涌、静电及其他及其他过电流的影响，会造成工作地流的影响，会造成工作地电位位的漂移，影响系的漂移，影响系统正常工作，甚至造成系正常工作，甚至造成系统瘫痪。因此保。因此保护地和工作地在地和工作地在单板上必板上必须分分开。若开。若线路板上既有路板上既有逻辑电路又有路又有线性性电路，路，应使它使它们尽量分开。低尽量分开。低频电路的地路的地应尽量采尽量采用并用并联单点接地，点接地，实际布布线有困有困难时可部分可部分串串联后再并后再并联接地。高接地。高频电路宜采用多点串路宜采用多点串联接地，地接地，地线应短而粗，高短而粗，高频元件周元件周围尽量尽量用用栅格状大面格状大面积地箔。地箔。32 3 3接地接地线应尽量加粗。若接地尽量加粗。若接地线用用细线条，条，则接地接地电位随位随电流的流的变化而化而变化，使抗噪性化，使抗噪性能降低。因此能降低。因此应将接地将接地线加粗。如有可能，加粗。如有可能，接地接地线应在在2 2 3 3mmmm以上。以上。4 4接地接地线不不应构成构成闭环路。路。5CMOS的的输入入阻阻抗抗很很高高，且且易易受受感感应，因因此在使用此在使用时对不用端要接地或接正不用端要接地或接正电源。源。6电源源是是主主要要的的干干扰源源，为避避免免电源源的的杂波波对工工作作地地的的干干扰，电源源地地和和工工作作地地在在单板板上需要分开。上需要分开。33 由于射由于射频电路工作路工作频率高，容易引起无用率高，容易引起无用信号的耦合，要求接地引信号的耦合，要求接地引线短、分布参数小、短、分布参数小、地地电位位稳定，定，应把把电路的地路的地线与与组件的金属件的金属外壳外壳紧密相密相连，即外壳作，即外壳作为工作地使用。工作地使用。三射三射频组件印制版的接地件印制版的接地设计 34四与后背板相四与后背板相连的插座上地的插座上地线插插针的的设计 1地地线插插针应足足够多多且且应纵向向安安排排，接接地地线与与地地线插插针连线要要足足够粗粗，以以免免形成接地瓶形成接地瓶颈。2对于高于高频信号尤其是高信号尤其是高频时钟信号，信号，四周四周应用地用地线插插针包包围。35五信号五信号电缆线屏蔽屏蔽层的接地的接地1信信号号电缆线屏屏蔽蔽层的的接接地地可可分分为单点点接接地地和多点接地。和多点接地。2以以传输信号的信号的/4为界，界，线长小于小于/4的的情况下，一般用情况下，一般用单点接地；当点接地；当电缆线长度大于度大于/4时，应采用多点接地（因采用多点接地（因为与其它与其它导线一一样，电缆线的屏蔽的屏蔽层也能起到天也能起到天线的作用）。的作用）。在采用多点接地在采用多点接地时，如果做不到每隔，如果做不到每隔0.05至至0.1有一个接地点的有一个接地点的话，至少也，至少也应将将电缆线的的始端与始端与终端的屏蔽端的屏蔽层都接地。都接地。对电缆线的多点的多点接地来接地来说，一个附加好，一个附加好处是可减少屏蔽是可减少屏蔽层的静的静电耦合。耦合。36 3 3若若使使用用屏屏蔽蔽之之绞股股电缆，则于于穿穿过接接头与与装装备连接接时，接接头中中应备有有单独独的的插插针供供屏屏蔽蔽用用。在在高高能能量量的的静静电场合合里里，电缆常常使使用用双双层或或三三层屏屏蔽蔽，通通常常内内层屏屏蔽蔽于于电源源端端接接地地，而而外外层屏屏蔽蔽则于于负载端接地。端接地。4 4原原则上上应在在接接地地的的信信号号源源或或接接收收器器一一侧接接地地；控控制制装装置置之之间的的信信号号应在在线路路对地地电容容大大的的一一端端接接地地，这样能能减减少少信信号号电缆对地地分分布布电容容的的影影响响。在在实际应用用中中，信信号号电缆屏屏蔽蔽层大大多多在在信信号号电缆数数量量最最多多的的控控制制装装置置一一侧接接地地，例例如如数数控控装装置置的的中中央央柜柜、计算机柜或算机柜或输入入输出柜等。出柜等。5 5测温温电缆屏屏蔽蔽层应该在在被被测装装置置一一侧接接地地。采采用用双双重重静静电屏屏蔽蔽的的电缆，通通常常均均把把其其外外屏屏蔽蔽层接接到到系系统地地线。37六六PCBPCB的布的布层设计 1 1）PCB PCB板布板布层原原则：1 1电源源层最好最好紧邻接地接地层且在接地且在接地层的下面。的下面。2 2电源源是是通通讯系系统中中最最重重要要的的干干扰源源之之一一，电源源层和和地地线层的的阻阻抗抗越越低低，则相相互互耦耦合合越越大大，有有利利于于地地线层对电源源层干干扰信信号号的的吸吸收收。接接地地层的的面面积大大于于电源源层的的面面积，可可以以充充分分发挥接接地地层的的屏屏蔽蔽作作用用，减减小小电源源层对信信号号层的的干干扰。接接地地层的的面面积最最大大且且比比电源源层的的面面积至至少少大大2020H H，H H为PCBPCB板板的的板板层厚厚度度。信信号号层面面积根根据据信信号号层器器件件密密度度酌酌情情缩进，缩进宽度越大越好。度越大越好。3 3高高频电路路、逻辑电路路、时钟电路路等等重重要要信信号号线最最好布于好布于PCBPCB板内部板内部紧靠参考地平面，其他信号靠参考地平面，其他信号线次之。次之。382）示例：）示例：四四层板的叠板的叠层设计四四层板板根根据据信信号号的的安安排排情情况况有有以以下下两两种种方方式：式：1 1）以以TOPTOP层作作为主主信信号号层，见下下图（a a），完整的地平面完整的地平面紧邻主信号主信号层。2 2）以以BOTTOMBOTTOM层作作为主主信信号号层，见下下图（b b），完完整整的的地地平平面面紧邻主主信信号号层。设备对其其进行行测试和和检查。39a（b）40八八层板的叠板的叠层设计若若PCBPCB的的器器件件和和走走线密密度度很很高高时，可可以以采采用用有有五五个个信信号号层的的八八层板板，如如下下图（a a）。注注意意将将IS2IS2层没没有有布布线而而且且IS3IS3层的的相相应位位置置也也没没有有布布线的的空空间敷敷实心心的的地地铜皮皮。以以保保证不不影影响响IS3IS3层信信号号的的阻阻抗抗，而而且且不不使使压板出板出现翘曲。曲。若若PCBPCB的的器器件件速速度度高高则可可以以采采用用下下图（b b）的的结构构，电源源层紧邻地地层可可以以降降低低电源源噪噪声声，完完全全的的层对称称，阻抗控制阻抗控制简单。41 a（b）423 3）2020H H原原则 20 20H H原原则是指将是指将电源平面比地源平面比地平面的平面的边界尺寸界尺寸缩进2020倍倍H H（H H为电源平面与地平面的距离）源平面与地平面的距离）时，可以有效地减小两个平面可以有效地减小两个平面间对外外的的辐射。当尺寸小射。当尺寸小1010H H时，辐射射强度开始下降，当尺寸小度开始下降，当尺寸小2020H H时，辐射射强度下降度下降7070，当尺寸小，当尺寸小100100H H时，辐射射强度下降度下降9898，见图1010。43 图1020H原原则原理原理 44 在在实施施2020H H原原则时，应该优先先满足足信信号号的的回回路路最最小小，信信号号阻阻抗抗连续。即即，缩进电源源平平面面时，若若相相邻的的信信号号层在在电源源平平面面边缘有有走走线，可可以以在在此此范范围内内不不考考虑2020H H原原则，确确保保信信号号不不跨跨越越，而而且且电源源平面的平面的边缘应该延伸出信号延伸出信号线位置。位置。454 4）3 3W W原原则 3W原原则是是指指两两根根印印制制线的的中中心心距距大大于于等等于于3倍倍印印制制线的的宽度度时，即即线间距距是是2倍倍线的的宽度度，可可以以有有效效地地减减少少信信号号之之间的的耦耦合合，使使信信号号有有较“干干净”的的回回流流路路径径。一一般般对高高速速时钟线、控控制制线使使用用3W原原则。高高速速总线不不强求使用求使用3W原原则。46 四四 元器件的接地元器件的接地设计 一机壳上的元器件的接地一机壳上的元器件的接地设计 当当金金属属外外壳壳接接插插件件穿穿过机机壳壳接接出出,机机壳壳开开孔孔必必须小小于于接接插插件件的的金金属属外外壳壳，如如图1212所所示示。接接插插件件金金属属外外壳壳与与机机壳壳之之间可可接接专用用金金属属簧簧片片确确保保良好搭接。良好搭接。47图1212接插件的金属外壳与机壳良好接插件的金属外壳与机壳良好搭接搭接机壳机壳上的开孔接插件金属外壳48二功能二功能单板上元器件的接地板上元器件的接地设计 ：在在双双层板板上上，当当一一个个ICIC芯芯片片（如如模模数数转换芯芯片片）既既有有模模拟地地又又有有数数字字地地时，元元器器件件的的数数字字地地引引脚脚直直接接至模接接至模拟地引脚，再接至印制版的模地引脚，再接至印制版的模拟地母地母线上。上。在在双双层板板上上，一一个个大大规模模ICIC芯芯片片的的多多个个接接地地引引脚脚应尽量直接相尽量直接相连后再后再单点接到印制板的相点接到印制板的相应地地线上。上。屏屏蔽蔽装装置置（变压器器静静电屏屏蔽蔽层、屏屏蔽蔽板板和和屏屏蔽蔽盒）盒）应接到静接到静电防防护与屏蔽地或工作地。与屏蔽地或工作地。49 复复位位按按钮、拨码开开关关、接接插插件件的的金金属属外外壳壳和和用用于于ESD防防护的的器器件件的的接接地地端端应接接到到静静电防防护与屏蔽地或工作地。与屏蔽地或工作地。CMOS电路路不不用用的的输入入端端不不能能悬空空，应直接接数字地（也可通直接接数字地（也可通过电阻接阻接电源）。源）。用用于于雷雷击浪浪涌涌过压保保护器器件件的的接接地地端端必必须接到保接到保护地。地。箝箝位位二二极极管管的的接接地地端端应接接到到静静电防防护与与屏蔽地或工作地。屏蔽地或工作地。50三后背板上元器件的接地三后背板上元器件的接地设计1 1如果有金属外壳接插件，如果有金属外壳接插件，应布局在靠近布局在靠近边角的位置，其金属外壳通角的位置，其金属外壳通过两端的固定螺两端的固定螺丝与后背板的静与后背板的静电防防护与屏蔽地相与屏蔽地相连。2 2如果信号如果信号线从后背板引入且从后背板引入且该信号信号线必必须接接ESDESD防防护器件，器件，则ESDESD防防护器件宜安排在器件宜安排在后背板上而不安排在功能后背板上而不安排在功能单板上，板上，这时，ESDESD防防护器件的接地端器件的接地端应与后背板的静与后背板的静电防防护与屏蔽地相接。与屏蔽地相接。51 四金属部件和接插件的接地四金属部件和接插件的接地设计 1 1对于必于必须用金属但与内部用金属但与内部电路无路无联系的部系的部件如固定件如固定单板的板的金属金属锁簧和簧和起拔拉手起拔拉手，外表，外表应涂涂复复绝缘层，以增加，以增加绝缘强度度，严禁接工作地，必禁接工作地，必须与内部与内部电路隔离路隔离8 8mmmm以上以上。2 2具有金属壳体而人手又具有金属壳体而人手又经常接触的部件如常接触的部件如接插件、散接插件、散热器等部件，其金属壳体器等部件，其金属壳体应与接地的与接地的机壳或底板机壳或底板紧密相密相连。内部。内部电路在靠近路在靠近这些部件些部件的部位，的部位，应采用大面采用大面积接地，另外，内部接地，另外，内部电路路（包括地）（包括地）应离开接插件金属壳体离开接插件金属壳体5 5mmmm以上。以上。52 五接地泄放五接地泄放 对于接插件，由于其金属外壳距离信号芯于接插件，由于其金属外壳距离信号芯线仅2.2mm，金属外壳上的静金属外壳上的静电干干扰可通可通过信号芯信号芯线进入内部入内部电路路（试验表明，表明，6000V静静电能能击穿穿4mm的空气隙），所以，的空气隙），所以，要抑制要抑制进入入电路的干路的干扰信号，主要是接地泄放。通常具信号，主要是接地泄放。通常具有金属壳体而人手有金属壳体而人手经常接触的部件如常接触的部件如钥匙匙锁、接插件、接插件、散散热器等部件，其金属壳体器等部件，其金属壳体应与接地的与接地的设备外壳或底板外壳或底板紧密相密相连，用以泄放人体的静，用以泄放人体的静电荷；内部荷；内部电路在靠近路在靠近这些部件的部位，些部件的部位，应采用大平面接地，如无法采用大平面采用大平面接地，如无法采用大平面接地，接地，则接地母接地母线应尽可能粗，尽可能粗，对于外壳于外壳为工作地的工作地的设备，接地端，接地端应就近接外壳以便静就近接外壳以便静电荷尽快泄放到静荷尽快泄放到静电容容量量较大的外壳上；另外，内部大的外壳上；另外，内部电路路应离开离开这些金属壳体些金属壳体5mm以上。以上。53 重点重点审查项目目 1 1 数数 字字 工工 作作 地地 与与 模模 拟 工工 作作 地地 是是 否否 连 到到 工工 作作 地地 汇 流流 条条 上，并上，并通通过汇流条在机架流条在机架汇接点接点单点点汇接接？1 12 2 电源地是否源地是否连到到电源地源地汇流条上？流条上？3 3 保保护地是否地是否连到保到保护地地汇流条上？流条上？4 4 工工作作地地、电源源地地、保保护地地是是否否在在机机架架上上汇接接，然然后从机架引后从机架引连接接线到机房提供的接地到机房提供的接地总汇流排上？流排上？5 5 交流供交流供电的的设备，机壳是否接交流保，机壳是否接交流保护地地线？6 6 汇流流条条到到机机架架地地汇接接点点、机机架架到到外外部部接接地地汇流流排排的接地的接地线是否采用多芯是否采用多芯铜线？547 7 接接地地线总截截面面积是是否否大大于于1616mm2mm2，两两端端是是否否可可靠靠联接接？注注2 28 8 后后背背板板到到汇流流条条的的接接地地铜线，总截截面面积是是否否大大于于9 9mm2mm2？9 9 设备机壳接地螺栓是否足机壳接地螺栓是否足够大（至少大（至少M8M8）？）？10 10 接地螺栓接地螺栓处是否有明是否有明显的接地的接地标志？志？11接地的好坏取决于搭接的好坏。两接地点接地的好坏取决于搭接的好坏。两接地点间的的电位差位差是否是否0.50.5V V？12 12 工作地、保工作地、保护地、地、-48-48V V地和地和设备机壳接地以机壳接地以及建筑防雷接地及建筑防雷接地是否是否共用一共用一组接地体？称接地体？称为联合接地，以避免雷合接地，以避免雷击时出出现的地的地电位反位反击效效应。5513接地接地线是否是否尽可能粗、短，并直接搭接到尽可能粗、短，并直接搭接到接地板。目的尽量减少地回路的阻抗，避接地板。目的尽量减少地回路的阻抗，避免因免因频率增高造成感抗增大。率增高造成感抗增大。14 14 在在1 1MHzf10MHzMHzf10MHz时，若若用用一一点点接接地地，地地线长度度是是否否大大于于1/201/20波波长？否否则应如如何何处理理？15 15 是否考是否考虑到：到：接地板上充接地板上充满高高频电流和干流和干扰场形成的形成的涡流。因而，在接地点之流。因而，在接地点之间构成构成许多回路，多回路，这些回路的直径（或接地点些回路的直径（或接地点间距）距）应小于最高小于最高频率率波波长的的1/201/20。5616 16 是否考是否考虑到：工作地和保到：工作地和保护地分开。由于浪地分开。由于浪涌、静涌、静电及其他及其他过电流的影响，会造成工作地流的影响，会造成工作地电位的漂移，影响系位的漂移，影响系统正常工作，甚至造成系正常工作，甚至造成系统瘫痪。因此保。因此保护地和工作地在地和工作地在单板上必板上必须分分开。若开。若线路板上既有路板上既有逻辑电路又有路又有线性性电路，路，应使它使它们尽量分开。低尽量分开。低频电路的地路的地应尽量采用尽量采用并并联单点接地，点接地，实际布布线有困有困难时可部分串可部分串联后再并后再并联接地。高接地。高频电路宜采用多点串路宜采用多点串联接地，接地，地地线应短而粗，高短而粗，高频元件周元件周围尽量用尽量用栅格状大格状大面面积地箔。地箔。5717CMOS的的输入阻抗很高，且易受感入阻抗很高，且易受感应，因，因此在使用此在使用时对不用端不用端是否是否接地或接正接地或接正电源源？18电源源是是主主要要的的干干扰源源，为避避免免电源源的的杂波波对工工作作地地的的干干扰，电源源地地和和工工作作地地在在单板板上上是否是否分开？分开？19 19 是否考是否考虑到：以到：以传输信号的信号的/4为界，界，线长小于小于/4的情况下，一般用的情况下，一般用单点接地；点接地；当当电缆线长度大于度大于/4时，应采用多点接采用多点接地（因地（因为与其它与其它导线一一样，电缆线的屏蔽的屏蔽层也能起到天也能起到天线的作用）。在采用多点接的作用）。在采用多点接地地时58，如果做不到每隔，如果做不到每隔0.05至至0.1有一个接地有一个接地点的点的话，至少也，至少也应将将电缆线的始端与的始端与终端的屏蔽端的屏蔽层都接地。都接地。对电缆线的多点接的多点接地来地来说，一个附加好，一个附加好处是可减少屏蔽是可减少屏蔽层的静的静电耦合。耦合。20对于多于多层PCB，电源源层是否是否紧邻接地接地层且在且在接地接地层的下面？的下面？21何何谓2020H H原原则？22何何谓3W原原则？5960