信息与通信关键电路EMC设计.pptx

接地技术的发展接地技术的发展（一）（一）接地技术的引入最初接地技术的引入最初是为了防止电力或电是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采子等设备遭雷击而采取的保护性措施。在取的保护性措施。在日常生活中我们常见日常生活中我们常见到在各种建筑物上都到在各种建筑物上都装有避雷针，其作用装有避雷针，其作用就是把雷电产生雷击就是把雷电产生雷击电流通过避雷针引入电流通过避雷针引入大地，从而起到保护大地，从而起到保护建筑物的作用。建筑物的作用。接地技术的发接地技术的发展（二）展（二）通过实践，人们认识到，通过实践，人们认识到，接地也是保护人身安全的接地也是保护人身安全的一种有效手效。当某种原一种有效手效。当某种原因引起相线（如电线绝缘因引起相线（如电线绝缘不良、线路老化等）和设不良、线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会由此生成的故障电流就会流经流经PEPE线或大地；由于我线或大地；由于我们在电流回路中采取了合们在电流回路中采取了合理的保护措施，所产生的理的保护措施，所产生的故障电流使得电源熔丝或故障电流使得电源熔丝或空气开关断开，以防止设空气开关断开，以防止设备外壳继续有危险电压产备外壳继续有危险电压产生，从而起到了保护人身生，从而起到了保护人身安全的作用。安全的作用。接地技术的发接地技术的发展（三）展（三）随着电子通信的发展，在接随着电子通信的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。在已远远不能满足要求了。在通信局中，大量设备之间信通信局中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有号的互连要求各设备都要有一个基准一个基准 地地 作为信号的作为信号的参考地。随着电子通信设备参考地。随着电子通信设备的复杂化，信号频率越来越的复杂化，信号频率越来越高，因此，在电信系统及通高，因此，在电信系统及通信局站的接地设计中，信号信局站的接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，必须给予特别关注，否则，由接地不当引发的链锁问题由接地不当引发的链锁问题就会严重影响系统运行的可就会严重影响系统运行的可靠性。所以说，接地是通信靠性。所以说，接地是通信设备及通信局站工程设计中设备及通信局站工程设计中一个至关重要的方面。一个至关重要的方面。接地技术的发接地技术的发展（四）展（四）随着电子产品信随着电子产品信号速率不断的提号速率不断的提高，设备的信号高，设备的信号回流也被列入回流也被列入“地地”的概念当中。的概念当中。接地定义及常见接接地定义及常见接地符号地符号 接地技术的发展接地技术的发展接地技术的发展接地技术的发展接地定义及常见接接地定义及常见接接地定义及常见接接地定义及常见接地符号地符号地符号地符号 接地技术中的关键术接地技术中的关键术接地技术中的关键术接地技术中的关键术语语语语 工作接地方式分类工作接地方式分类工作接地方式分类工作接地方式分类 接地设计接地设计接地设计接地设计接地接地定义定义 在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是线路电压的参考点；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；而对电气工程师来说，它却是绿色安全地线或接到大地的意思。目前，人们都在试图给接地一个明晰的定义，在众多的定义中我们较倾向于亨利奥特的定义：“接地是电流返回其源的接地是电流返回其源的低阻抗通道低阻抗通道”。常见接地常见接地符号符号PEPE、PGNDPGND、FG-FG-保护地或机壳保护地或机壳BGNDBGND或或DC-RETURN-DC-RETURN-直流直流-48V-48V（+24V+24V）电源回流电源回流GND-GND-单板及背板工作地单板及背板工作地DGND-DGND-单板数字地单板数字地AGND-AGND-单板模拟地单板模拟地LGND-LGND-防雷保护地防雷保护地接地技术中的关接地技术中的关键术语键术语 接地技术的发展接地技术的发展接地技术的发展接地技术的发展 接地定义及常见接地接地定义及常见接地接地定义及常见接地接地定义及常见接地符号符号符号符号接地技术中的关键接地技术中的关键接地技术中的关键接地技术中的关键术语术语术语术语 工作接地方式分类工作接地方式分类工作接地方式分类工作接地方式分类 接地设计接地设计接地设计接地设计关键术语关键术语接地阻抗接地阻抗和地电位和地电位关键术语关键术语地环路地环路地电位差导致的地环路地环路电流在电路2的输入端产生一个噪声电压V噪声噪声。工作接地方工作接地方式分类式分类 接地技术的发展接地技术的发展接地技术的发展接地技术的发展 接地定义及常见接地接地定义及常见接地接地定义及常见接地接地定义及常见接地符号符号符号符号 接地技术中的关键术接地技术中的关键术接地技术中的关键术接地技术中的关键术语语语语工作接地方式分类工作接地方式分类工作接地方式分类工作接地方式分类 接地设计接地设计接地设计接地设计工作接地方式工作接地方式分类简图分类简图单点接单点接地地串联单点接地串联单点接地优点：简单优点：简单缺点：公共阻抗耦合缺点：公共阻抗耦合适用于：低频（适用于：低频（f1MHz）、同类）、同类电路电路并联单点接地并联单点接地优点：无公共阻抗耦合优点：无公共阻抗耦合缺点：接地线过多缺点：接地线过多适用于：低频（适用于：低频（f1MHz）、不同、不同类电路类电路123123I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3串、并联单点接地的混串、并联单点接地的混合接地方式合接地方式适用于较为复杂的低频（适用于较为复杂的低频（f10MHz）混合混合接地接地 适用于高低频（适用于高低频（适用于高低频（适用于高低频（1MHzf10MHz1MHzf10MHz）共存）共存）共存）共存的电路。低频时为单点接地，高频时为多点接的电路。低频时为单点接地，高频时为多点接的电路。低频时为单点接地，高频时为多点接的电路。低频时为单点接地，高频时为多点接地。地。地。地。如何减小接如何减小接地阻抗地阻抗增加地线走线宽度（w）；减小地线走线长度（l）；采用网格接地方式；采用地平面的方式；接地设接地设计计 接地技术的发展接地技术的发展接地技术的发展接地技术的发展 接地定义及常见接地接地定义及常见接地接地定义及常见接地接地定义及常见接地符号符号符号符号 接地技术中的关键术接地技术中的关键术接地技术中的关键术接地技术中的关键术语语语语 工作接地方式分类工作接地方式分类工作接地方式分类工作接地方式分类接地设计接地设计接地设计接地设计接地设计总接地设计总体思路体思路根据电路类型，对电路进行功能模根据电路类型，对电路进行功能模根据电路类型，对电路进行功能模根据电路类型，对电路进行功能模块划分；块划分；块划分；块划分；确定每个功能模块之间地的互连方确定每个功能模块之间地的互连方确定每个功能模块之间地的互连方确定每个功能模块之间地的互连方式；式；式；式；确定每个功能模块地和大地之间的确定每个功能模块地和大地之间的确定每个功能模块地和大地之间的确定每个功能模块地和大地之间的连接方式；连接方式；连接方式；连接方式；板级地网络的设计：板级地网络的设计：板级地网络的设计：板级地网络的设计：走线阻抗带来的坏处；走线阻抗带来的坏处；走线阻抗带来的坏处；走线阻抗带来的坏处；走线阻抗；走线阻抗；走线阻抗；走线阻抗；梳状接地方式；梳状接地方式；梳状接地方式；梳状接地方式；网格接地方式；网格接地方式；网格接地方式；网格接地方式；地层平面方式。地层平面方式。地层平面方式。地层平面方式。接口电路的地设计。接口电路的地设计。接口电路的地设计。接口电路的地设计。功能模块功能模块划分划分功能模块之间功能模块之间地的连接地的连接如上图所示，如果在单板上各模块之间没有互连信号线，则各模块地通过大如上图所示，如果在单板上各模块之间没有互连信号线，则各模块地通过大地相连，如果有信号互连则在信号线跨模块电路处单点相连。地相连，如果有信号互连则在信号线跨模块电路处单点相连。各功能模块的接各功能模块的接地方式地方式低频噪声电路和模拟电路采用单点接地、数字电路采用多点接地。地线阻抗带来地线阻抗带来的坏处的坏处从上图可以看出，地线阻抗越小，电路的对外辐射或传导就越小，所以，PCB设计中，减小地线阻抗是一个关键要素。地线地线阻抗阻抗从上图可以看出，要想减小走线阻抗，缩短走线长度和增大走线从上图可以看出，要想减小走线阻抗，缩短走线长度和增大走线宽度是很好的办法。宽度是很好的办法。回路回路面积面积从上面辐射强度公式可以看出，回路面积A越大，辐射强度越大，所以在PCB布板时另外一个重要原则就是要尽可能减小电源回路和信号回路面积。如何控制地线阻抗和回如何控制地线阻抗和回路面积路面积 采用网格接地或者接地平面方式可以有效减小地线阻抗，并且有利于电源回路和信号回路的回路面积控制；不建议采用梳状接地方式，对于网格接地应做到地线尽可能短粗，以减小地线阻抗。梳状接地梳状接地方式方式从右图可以看出，梳状接地方式存在地线走线过长的问题，从而导致地阻抗过大，地阻抗上的共模电压会驱动共模电流向外传导或辐射。此外，梳状接地时，信号和电源回路面积难以控制，见右图中的信号线和地线构成的大环路。网格接地网格接地方式方式采用网格接地相当于多个接地电感和接地电阻并联，可以有效的减小整个接地系统的接地阻抗，从而减小Vn和In。此外，信号线或者电源线布线时，在它们附近设置地线，可以有效的减小电源和信号回流面积，如上图。地层地层平面平面地层平面是网格地的极限方式，当网格地中的节点无限多时，网格地就成为了一个完整的地平面，地层平面较之网格地有更小的等效电感和等效电阻，从而能够大大的减小地线上的干扰电压。并且在层设置时，尽可能使电源平面和布线层与地平面紧邻，可以有效的减小电源和信号回路面积。接口电路的接口电路的地设计地设计为接口电路设置一“干净地”，用来进行接口电路的滤波和接口连接器外壳接地。单板地设计方法接单板地设计方法接口处接地口处接地接口处接地的设接口处接地的设计要点计要点单板接口地接设备金属结构件，使其成为单板接口地接设备金属结构件，使其成为“干净地干净地”，用来进行滤波电路和防护电路的接地；，用来进行滤波电路和防护电路的接地；电源滤波器的地接单板接口地；电源模块输出的电源电源滤波器的地接单板接口地；电源模块输出的电源地单点接数字地。地单点接数字地。数字接口电路建议采用光耦、隔离变压器等隔离器件数字接口电路建议采用光耦、隔离变压器等隔离器件进行隔离，避免数字地上的噪声耦合到单板接口地；进行隔离，避免数字地上的噪声耦合到单板接口地；各接口的滤波电路靠近单板接口地放置，滤波电容接各接口的滤波电路靠近单板接口地放置，滤波电容接单板接口地；单板接口地；D/AD/A器件跨接在数字地和模拟地之间，数字地和模拟地器件跨接在数字地和模拟地之间，数字地和模拟地在在D/AD/A附近单点相连，模拟地单点接单板接口地；附近单点相连，模拟地单点接单板接口地；尽量避免数字地直接接单板接口地，以避免构成如前尽量避免数字地直接接单板接口地，以避免构成如前页图中红色箭头所示的地电流回路，使得数字地页图中红色箭头所示的地电流回路，使得数字地“污污染染”单板接口地；单板接口地；接口电缆的屏蔽层接单板接口地。接口电缆的屏蔽层接单板接口地。单板地设计方法单板地设计方法直接接地直接接地直接接地设直接接地设计要点计要点与接口处接地相比，直接接地只是改变了接地的位置，即不通过接口地接地，而是直接连接到设备的金属外壳上，好处是数字电路、模拟电路以及电源电路的接地线变短，可以有效的减小接地阻抗，但是采用了此种接地方法后需要注意：在接口处，接口地和数字地、模拟地、电源地在接口处不能有连接，以免形成上图所示的地环路。接地示意图接地示意图背板接地设计背板接地设计示意图示意图ConnectorsScrews背板接地设背板接地设计要点计要点 背板上不分背板上不分PGNDPGND和和DGNDDGND，即背板上只有一个地，即背板上只有一个地GNDGND；GND GND通过金属化螺钉以及螺钉所在位置的阻焊亮铜带和结构件良通过金属化螺钉以及螺钉所在位置的阻焊亮铜带和结构件良好搭接；对应的结构好搭接；对应的结构 件部分应作喷漆保护；阻焊亮铜带的宽度不小于件部分应作喷漆保护；阻焊亮铜带的宽度不小于10mm10mm；螺钉间距不；螺钉间距不大于大于30mm30mm；背板上的背板上的BGNDBGND和背板地不作任何连接，和背板地不作任何连接，BGNDBGND和其电源和其电源tracetrace紧邻紧邻走线；走线；背板上的背板上的GNDGND平面尽可能完整；平面尽可能完整；背板表层、底层不要为走线层，要求为完整地平面。背板表层、底层不要为走线层，要求为完整地平面。屏蔽电缆的屏蔽层接地设计屏蔽电缆的屏蔽层接地设计同轴电缆同轴电缆从上图可以看出，如果屏蔽层接单板地，单板地上的各种噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰。而将屏蔽层接在单板接口地上时，因接口地是“干净地”，所以不会有干扰电流沿屏蔽层流动，从而不会有干扰。屏蔽电缆的屏蔽层接地设计屏蔽电缆的屏蔽层接地设计平衡电缆平衡电缆从上图可以看出，屏蔽双绞线的屏蔽层如果接在单板地上，单板地上的噪声电压会驱动共模电流in，此共模电流会沿屏蔽层向外传导和辐射。接在“干净”的接口地上，无共模电流。