最近在买到的一块板子上看到了单点接地的做法,之前绘制的PCB大多是单纯的单片机数字电路,通常直接铺铜完事,最多再考虑一下地平面的完整性,处理一下碎铜,所以借此机会学习一下相关知识。
单点接地所要解决的问题就是针对公共地阻抗耦合和低频地环路,而多点接地是针对高频容易通过长地走线而产生的共模干扰。
什么是地线
地线分为安全地和信号地,安全地用于保证使用者人身安全,信号地用于保证电路正常工作。造成电路干扰的主要是信号地
信号地
信号地的一般定义是:电路的电位参考点。而这只是我们对电路工作状态的“假设”。
地线也是导线,电流游走在导线上服从欧姆定律,既然这样,地线不是一个等点位体,不同位置存在压差。电路的“电位参考点”偏离了我们最初的设计所造成的错误就是地线干扰的实质。
地线的阻抗
“地线要加粗”,老师一直这样教导我们,而我们也一直视作金科玉律,不明所以但一丝不苟地照做。地线地电阻很小,那么为什么底线上的电位差会大到让电路出错的程度?
地线的阻抗Z是由阻抗和感抗部分组成。
Z = RAC + jωL
地线的交流阻抗
导体的电阻分为直流电阻RDC和交流电阻RAC。对于交流电阻RAC,由于趋肤效应,越靠近导体表面电流密度越大,使导体的电阻变大。
RAC = 0.076 × r × f × 0.5 × RDC
其中r为导线半径,单位cm; f是通过导线的电流频率,单位Hz; RDC为导线的直流电阻,单位Ω。通过公式可以发现,当电流频率上升到MHz级别时,地线阻抗将变为原来的数万倍。
地线的感抗
任何导体内都有电感(这区别于通常所说的外电感,外电感时导体所包围面积的函数),内电感与导线所包围的面积无关,对于圆形截面导体,有如下转换公式。
L = 0.2s × [ln(4.5 / d) - 1]

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