【詳細(xì)講解】完美接地 VS 不完美接地
發(fā)布時(shí)間:2019-12-13 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】如何處理接地和去耦的重要布局問題?如何應(yīng)對(duì)寄生阻抗和接地電流?面對(duì)這些問題,我們將進(jìn)行一系列的詳細(xì)講解,今天主要講講接地。
圖1顯示信號(hào)源與負(fù)載之間隔開了一段距離,接地G1和G2通過一個(gè)回路連接起來。理想情況下,G1和G2之間的接地阻抗為0,因此接地回路電流不會(huì)在G1和G2之間產(chǎn)生一個(gè)差分電壓。
圖1. 在電路中的任何一點(diǎn),電流的算術(shù)和為0,或者說流出去的必會(huì)流回來。若G1和G2之間的阻抗為0,則G1和G2之間無差分電壓。
遺憾的是,讓回流路徑保持零阻抗是不可能的,接地回路阻抗在接地電流作用下,會(huì)在G1和G2之間產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓ΔV。
圖2. 接地阻抗中流動(dòng)的信號(hào)和/或外部電流產(chǎn)生誤差電壓ΔV。
G1和G2之間的連接不僅有電阻,還有電感。出于本文目的,這里忽略雜散電容的影響。但在該系列的下一篇文章中,您會(huì)了解到電源層和接地層之間的電容是如何幫助高頻去耦的。
無焊試驗(yàn)板,制成的電路看起來可能類似于圖3所示的電路
圖3. 采用無焊試驗(yàn)板的電路
G1和G2之間流動(dòng)的電流可以是信號(hào)電流或其他電路引起的外部電流。
您可以看到圖3試驗(yàn)板中的總線阻抗如何既有阻性元件又有感性元件。接地總線阻抗是否會(huì)影響電路運(yùn)行,不僅取決于電路的直流精度要求,而且取決于模擬信號(hào)頻率和電路中數(shù)字開關(guān)元件產(chǎn)生的頻率分量。
如果最大信號(hào)頻率為1 MHz,并且電路僅需要幾毫安(mA)電流,那么接地總線阻抗可能不是問題。然而,如果信號(hào)為100 MHz,并且電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)需要100 mA的負(fù)載,那么阻抗很可能會(huì)成為問題。
大部分情況下,由于“母線(buss wire)”在大多數(shù)邏輯轉(zhuǎn)換等效頻率下具有阻抗,將其用作數(shù)字接地回路是不能接受的。
舉個(gè)例子:
例如,#22標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線具有約20 nH/英寸的電感和1 mΩ/英寸的電阻。由邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的壓擺率為10 mA/ns的瞬態(tài)電流,在此頻率下流經(jīng)1英寸的該導(dǎo)線,將形成200 mV的無用壓降:
對(duì)于具有2 V峰峰值范圍的信號(hào),此壓降會(huì)轉(zhuǎn)化為約10%的誤差(大約3.5位精度)。即使在全數(shù)字電路中,該誤差也會(huì)大幅降低邏輯噪聲裕量。
對(duì)于低頻信號(hào),該1 mΩ/英寸電阻也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤差。例如,100 mA電流流過1英寸的#22標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線時(shí),產(chǎn)生的壓降約為:
一個(gè)2 V峰峰值范圍的信號(hào)數(shù)字化到16位精度時(shí),其1 LSB = 2 V/2 16= 30.5 μV。因此,導(dǎo)線電阻引起的100 μV誤差約等于16位精度水平的3.3 LSB誤差。
圖4顯示了模擬接地回路中流動(dòng)的高噪聲數(shù)字電流如何在輸入模擬電路的電壓V IN 中產(chǎn)生誤差。將模擬電路地和數(shù)字電路地連接在同一點(diǎn)(如下方的正確電路圖所示),可以在某種程度上緩解上述問題。
圖4. 模擬電路和數(shù)字電路使用單點(diǎn)接地可降低高噪聲數(shù)字電路引起的誤差效應(yīng)。
接地層在當(dāng)今系統(tǒng)中必不可少
在無焊試驗(yàn)板中,甚至在圖3所示的采用總線結(jié)構(gòu)的電路板中,能夠用來降低接地阻抗的手段并不多。無焊試驗(yàn)板在工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是非常罕見的。實(shí)接地層是提供低阻抗回流路徑的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。生產(chǎn)用印刷電路板一般有一層或多層專門用于接地。這種方法相當(dāng)適合最終生產(chǎn),但在原型系統(tǒng)中較難實(shí)現(xiàn)。
圖5顯示了一個(gè)包含模擬電路、數(shù)字電路以及一個(gè)混合信號(hào)器件(模數(shù)轉(zhuǎn)換器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器等)并針對(duì)PCB的典型接地安排。
圖5. 針對(duì)混合信號(hào)系統(tǒng)PCB的良好接地解決方案。
模擬電路和數(shù)字電路在物理上相隔離,分別位于各自的接地層上。混合信號(hào)器件橫跨兩個(gè)接地層,系統(tǒng)單點(diǎn)或星形接地是兩個(gè)接地層的連接點(diǎn)。
您應(yīng)當(dāng)知道,關(guān)于模擬接地和數(shù)字接地,還有其他已被證明有效的接地原理。然而,這些原理全都基于同樣的概念——分析模擬和數(shù)字電流路徑,然后采取措施以最大限度地減少它們之間的相互影響。
希望大家已經(jīng)了解到接地對(duì)于你們當(dāng)前和未來設(shè)計(jì)的重要性。
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測(cè)試
- 揭秘電動(dòng)汽車中直流鏈路電容器的奧秘(上)
- 實(shí)現(xiàn)不間斷能源的智能備用電池第四部分:BBU架的操作
- 利用 T&M 解決方案加速電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索