PCB設計中考慮EMC的接地技巧

PCB設計中，接地是抑制噪聲和防止干擾的重要措施。接地是借以確保在任何時候均能即時釋放電能而不發(fā)生危險的與金屬船體或非金屬船的船底金屬接地板的電氣連接。

根據(jù)PCB電路的不同，有不同的接地方法，只有正確的接地才能減少或避免PCB電路間的相互干擾。日常中主要的接地方式有兩種：單點接地和多點接地。如何在考慮EMC的前提下正確的接地是本文中我們將主要討論的問題，希望對電子PCB設計人員有所提醒。

一、接地干擾消除

在有些情況下，地線阻抗帶來的干擾無法避免，尤其對電子設備理想情況下地線阻抗為零，它不僅是PCB電路中信號電平的參考點，而且當有電流通過它時不應產(chǎn)生壓降在具體的電子設備內(nèi)，這種理想地線是不存在的地線既有電阻又有電抗，當有電流邁過時必然產(chǎn)生壓降另一方面，地線還有可能利其他線路(信號線，電源線)形成環(huán)路當交變磁場與環(huán)路交鏈時，就會在地線中感應電勢不論是地線流過的電流在地線上產(chǎn)生的壓降，還是地環(huán)路所引起的感應屯勢，都會使公用地線的各個PCB電路單元產(chǎn)生相互干擾如何抑制地線干擾也就成為電磁兼容性PCB設計的一個重要課題根據(jù)地線干擾形成的機理，減小地線干擾的措施可歸納為：模擬接地與數(shù)字接地分離，減小地線阻抗和屯源饋線阻抗、選擇合適的接地方式，阻隔地環(huán)路等地線中的干擾電壓除與流過地線中的電流有關外，還與地線的阻抗有關地線阻抗包括電阻和電感

ZG＝RG十jwL (1)

如欲減少ZG，就得減少RG和L但交流電在流經(jīng)導體截面時并不像直流那樣在導體上均勻分布，由于趨膚效應，電流集中于表面，使導體有效載流面積小于甚至遠小于導體的真實截面積因此同一導體在直流、低頻和高頻情況下所呈現(xiàn)的阻抗不同；而導體的電感同樣與導體半徑、長度以及信號頻率有關PCB設計時應根據(jù)不同頻率下的導體阻抗來選擇導體截面大小，并盡可能使地線加粗和縮短。

二、接地方式的一般選取原則

對于給定的設備或系統(tǒng)，在所關心的最高頻率（對應波長為）入上，當傳輸線的長度L〉入，則視為高頻PCB電路，反之，則視為低頻PCB電路。根據(jù)經(jīng)驗法則，對于低于1MHZ的PCB電路，采用單點接地較好；對于高于10MHZ，則采用多點接地為佳。對于介于兩者之間的頻率而言，只要最長傳輸線的長度L小于/20 入，則可采用單點接地以避免公共阻抗耦合。

對于接地的一般選取原則如下：

（1）低頻PCB電路（<1MHz），建議采用單點接地；

（2）高頻PCB電路（>10MHz），建議采用多點接地；

（3）高低頻混合PCB電路，混合接地。

三、接地方式

1. 單點接地

單點接地是整個系統(tǒng)中，只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都連接到這一點上。

單點接地適用于頻率較低的PCB電路中（1MHZ以下）。若系統(tǒng)的工作頻率很高，以致工作波長與系統(tǒng)接地引線的長度可比擬時，單點接地方式就有問題了。當?shù)鼐€的長度接近于1/4波長時，它就象一根終端短路的傳輸線，地線的電流、電壓呈駐波分布，地線變成了輻射天線，而不能起到“地”的作用。

為了減少接地阻抗，避免輻射，地線的長度應小于1/20波長。在電源PCB電路的處理上，一般可以考慮單點接地。對于大量采用的數(shù)字PCB電路的PCB，由于其含有豐富的高次諧波，一般不建議采用單點接地方式。

2. 多點接地

多點接地是指設備中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。

多點接地PCB電路結(jié)構(gòu)簡單，接地線上可能出現(xiàn)的高頻駐波現(xiàn)象顯著減少，適用于工作頻率較高的（>10MHZ）場合。但多點接地可能會導致設備內(nèi)部形成許多接地環(huán)路，從而降低設備對外界電磁場的抵御能力。在多點接地的情況下，要注意地環(huán)路問題，尤其是不同的模塊、設備之間組網(wǎng)時。地線回路導致的電磁干擾

理想地線應是一個零電位、零阻抗的物理實體。但實際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量，當有電流通過該地線時，就要產(chǎn)生電壓降。地線會與其他連線（信號、電源線等）構(gòu)成回路，當時變電磁場耦合到該回路時，就在地回路中產(chǎn)生感應電動勢，并由地回路耦合到負載，構(gòu)成潛在的EMI威脅。

3. 浮地

浮地是指設備地線系統(tǒng)在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。

由于浮地自身的一些弱點，不太適合一般的大系統(tǒng)中，其接地方式很少采用。

四、結(jié)束語

負載地線和交流地線上都有很大電流通過，這些大電流地線與信號地應分開設置，同時大電流地線應粗些，通常應采用匯流排或粗導線各類地線應分開布線，然后，同一類地線分別短接后，再接到共同的接地點若它們之間有的不允許直接相連時，可在兩者之間加接1—10uf的電容器為了達到較好的效果，常把銅網(wǎng)埋人地面深處，然后用銅排接到共同的接地點。

正確選擇一點接地和多點接地當頻率低于1MHz也時，應采用一點接地；當頻率高于10MHz也時，應采用就近多點接地；當工作頻率在1—10MHz也時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1／20，否則應采用多點接地應采用對稱、平衡結(jié)構(gòu)PCB電路及雙絞屏蔽線作傳輸線，使兩線得到的地噪聲及其它干擾相等，可以在輸入端相互抵消屏蔽導線的屏蔽層應一端接地，接地點應是放大器公共端或信號源公共端PCB電路板上既有高速邏輯PCB電路又有線性PCB電路，應使它們盡量分開，而兩者地線不要相混，分別與電源端地線相連，盡量加大線性PCB電路地線的截面積，使它能通過三倍于印制電路板的電流，如有可能，接地線的線徑應大于3mm。