Как сделать землю на плате
Обновлено: 07.07.2024
Хорошее заземление — общее требование насыщенной, многоуровневой системы. И оно должно планироваться с первого шага дизайнерской разработки.
Основное правило: разделение земли.
Разделение земли на аналоговую и цифровую части — один из простейших и наиболее эффективных методов подавления шума. Один или более слоев многослойной печатной платы обычно отводится под слой земляных полигонов. Если разработчик не очень опытен или невнимателен, то земля аналоговой части будет непосредственно соединена с этими полигонами, т.е. аналоговый возвратный ток будет использовать такую же цепь, что и цифровой возвратный ток. Авто разводчики работают примерно также и объединяют все земли вместе. Если переработке подвергается ранее разработанная печатная плата с единым земляным полигоном, объединяющим аналоговую и цифровую земли, то необходимо сначала физически разделить земли на плате (после этой операции работа платы становится практически невозможной). После этого производятся все подключения к аналоговому земляному полигону компонентов аналоговой схемы (формируется аналоговая земля) и к цифровому земляному полигону компонентов цифровой схемы (формируется цифровая земля). И лишь после этого в источнике производится объединение цифровой и аналоговой земли.
Рис. 3-1 Размещение полигонов аналоговых и цифровых сигналов
Другие правила формирования земли:
Шины питания и земли должны находится под одним потенциалом по переменному току, что подразумевает использование конденсаторов развязки и распределенной емкости. Не допускайте перекрытий аналоговых и цифровых полигонов (рис. 3-1). Располагайте шины и полигоны аналогового питания над полигоном аналоговой земли (аналогично для шин цифрового питания). Если в каком-либо месте существует перекрытие аналогового и цифрового полигона, распределенная емкость между перекрывающимися участками будет создавать связь по переменному току, и наводки от работы цифровых компонентов попадут в аналоговую схему. Такие перекрытия аннулируют изоляцию полигонов.
Разделение не означает электрической изоляции аналоговой от цифровой земли (рис. 3-2). Они должны соединяться вместе в каком-то, желательно одном, низкоимпедансном узле. Правильная, с точки зрения земли, система имеет только одну землю, которая является выводом заземления для систем с питанием от сетевого переменного напряжения или общим выводом для систем с питанием от постоянного напряжения (например, аккумулятора). Все сигнальные токи и токи питания в этой схеме должны возвращаться к этой земле в одну точку, которая будет служить системной землей. Такой точкой может быть вывод корпуса устройства. Важно понимать, что при подсоединении общего вывода схемы к нескольким точкам корпуса могут образовываться земляные контуры. Создание единственной общей точки объединения земель является одним из наиболее трудных аспектов системного дизайна.
Рис. 3-2 Разделение аналоговой и цифровой земли
По возможности разделяйте выводы разъемов, предназначенные для передачи возвратных токов — возвратные токи должны объединяться только в точке системной земли. Старение контактов разъемов, а также частая расстыковка их ответных частей приводит к увеличению сопротивления контактов, следовательно, для более надежной работы необходимо использование разъемов с некоторым количеством дополнительных выводов. Сложные цифровые печатные платы имеют много слоев и содержат сотни или тысячи проводников. Добавление еще одного проводника редко создает проблему в отличие от добавляемых дополнительных выводов разъемов. Если это не удается сделать, то необходимо создавать два проводника возвратного тока для каждой силовой цепи на плате, соблюдая особые меры предосторожности. Важно отделять шины цифровых сигналов от мест на печатной плате, где расположены аналоговые компоненты схемы. Это предполагает изоляцию (экранирование) полигонами, создание коротких трасс аналоговых сигналов и внимательное размещение пассивных компонентов при наличии расположенных рядом шин высокоскоростных цифровых и ответственных аналоговых сигналов. Шины цифровых сигналов должны разводиться вокруг участков с аналоговыми компонентами и не перекрываться с шинами и полигонами аналоговой земли и аналогового питания. Если этого не делать, то разработка будет содержать новый непредусмотренный элемент — антенну, излучение которой будет воздействовать на высокоимпедансные аналоговые компоненты и проводники (рис. 3-3).
Рис. 3-3 Излучение проводниками печатной платы
Почти все сигналы тактовых частот являются достаточно высокочастотными сигналами, поэтому даже небольшие емкости между трассами и полигонами могут создавать значительные связи. Необходимо помнить, что может вызывать проблему не только основная тактовая частота, но и ее высшие гармоники. Хорошей концепцией является размещение аналоговой части схемы близко к вход- ным/выходным соединениям платы. Разработчики цифровых печатных плат, использующие мощные интегральные схемы, часто склонны разводить шины шириной 1 мм и длиной несколько сантиметров для соединения аналоговых компонентов, полагая, что малое сопротивление трассы поможет избавиться от наводок. То, что при этом получается, представляет собой протяженный пленочный конденсатор, на который будут наводиться паразитные сигналы от цифровых компонентов, цифровой земли и цифрового питания, усугубляя проблему.
Может у ковонить есть печатка на этот усилитель? – раздаются тут и там голоса начинающих (да и не очень) радиолюбителей, страждущих потрудиться на ниве народного рукоделия.
На самом деле, многие из устройств, представленных на просторах интернета, сопровождаются макетами печатных плат. Порой эти платы грешат банальным несоответствием принципиальной схеме, но гораздо чаще – не учитывают простых и известных большинству профессиональных разработчиков правил, позволяющих минимизировать влияние разводки на корректную работу схемы. Особенно это влияние может сказываться при проектировании довольно мощных низкочастотных и практически любых высокочастотных устройств.
Итак – что нужно знать для того, чтобы корректно развести схему?
Бифилярная скрутка разнополярных проводов питания эффективно подавляет излучаемые помехи за счёт взаимной компенсации положи- тельной и отрицательной полуволн.
На печатной плате этот метод можно реализовать, если шины питания расположить друг над другом с разных сторон двухсторонней платы.
При использовании дополнительных фильтрующих конденсаторов, рас- положенных на плате, надо следить, чтобы обе полуволны сигнала суммировались в одной точке земли, как это показано на Рис.4.
Рис.5 Пример правильной топологии усилителя мощности
Здесь под "Generic amplifier" следует понимать: как УМЗЧ в интегральном исполнении, так и усилители на дискретных элементах.
Как можно увидеть, к одному лучу подключена сигнальная земля – здесь токи очень малы, поэтому подсоединять все элементы отдельными проводниками нет необходимости. Ко второму лучу отдельными проводниками подключены выводы сильноточных цепей: выходного каскада, цепи Цобеля, нулевой вывод акустической системы и минус байпасных конденсаторов. К третьему лучу подключён общий вывод фильтрующего конденсатора блока питания.
А теперь давайте посмотрим на рекомендации компании LYNX AUDIO по монтажному соединению блоков усилителя, которые не сильно вступают в противоречия с тем, что было написано выше:
Рис.6 Пример топологии усилителя мощности от LYNX AUDIO
Здесь (Рис.6) левые клеммы на плате усилителя идут ко входному и драйверному каскадам, а правые – к выходному каскаду.
Если у обоих каналов один (общий) источник питания, то ток, идущий по общему проводу, замыкается через источник сигнала, так как обычно выходные разъёмы источника имеют один общий вывод. В контур попадают и межблочные кабели, которые часто бывают не такие уж и короткие!
Проблема заземления в профес- сиональных усилителях устраняется с помощью использования балансных входов, которым не требуется земля для прохождения сигнала.
Для усилителей с несимметричным входом стандартным приёмом является использование развязывающих резис- торов сопротивлением от 2,2 до 22 Ом между сигнальной землёй и основной точкой заземления на источнике питания (Рис.8 сверху).
Такое решение было использовано в новаторском усилителе мощности Quad 303 в 1969 году. Общий вывод входов соединяется с общим контактом блока питания посредством отдельного толстого проводника.
Другой метод заключается в исполь- зовании для малоточных цепей правого и левого канала одного общего проводника сигнальной земли с зер- кальным расположением элементов, как это показано на Рис.8 снизу.
Питание аналоговой и цифровой частей желательно производить от разных источников (Рис.9). Если питание производится от одного ИП, то его надо либо разводить раздельными полигонами, либо между цифровой и аналоговой частями включать сопротивление небольшого номинала (10. 100 Ом), как это можно увидеть на топологии усилителя (Рис.5).
Дополнительно выводы питания должны быть зашунтированы на землю чип-конденсаторами с малой индуктивностью либо керамическими, располагая их как можно ближе к выводам питания аналоговых и цифровых участков устройства.
Общий провод (земля, корпусной провод) – это обозначение точки, потенциал которой принимается за ноль. В се остальные потенциалы и напряжения измеряются относительно этого потенциала, то общего провода.
Все открытые токоведущие части приборов и цепей обычно заземлены с помощью защитного заземляющего устройства, которое подключается к общему проводу приборов. Таким образом, между этими приборами не может возникнуть разность потенциалов, и не будет течь опасный для жизни ток.
На рисунке 1. показано, как на силовом распределительном щите все приборы соединены общей нулевой точкой с помощью толстых медных проводов на медную шину, которая соединена с заземлителем вкопанным в землю. Это и есть общий провод схемы.
Рисунок 1.Общий провод в распределительном щите.
Заземлитель или заземляющее устройство защищает человека от поражения электрическим током.
Заземление используется так же в автомобилях. В этом случае в качестве общего провода используется шасси. Если заглянуть под капот автомобиля, то вы увидите, как минусовой провод аккумулятора подключен прямо к раме авто (рис 2.).
Рисунок 2. Общий провод в автомобиле.
Это и есть земля или общий провод электрооборудования автомобиля.
Еще раз повторим, что земля это точка цепи, потенциал которой принимается за ноль и относительно этой точки измеряются все напряжения.
В электронном оборудовании металлический корпус или шасси также служит общим проводом или землей.
В небольших электронных схемах, выполненных на печатных платах, которые размещаются в пластмассовом корпусе, общим земляным проводом является медная подложка. Так же общие корпусные проводники на печатных платах обычно выполняются как можно с большей площадью (рис 3).
Рисунок 3. Общий провод на печатной плате.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
В пример эта схема
никак. Нет никакой необходимости делать заземление на плате.
при компоновке общий провод дорожки желательно как можно большей площади выполнить
На такой простой схеме землю проще всего развести отдельной дорожкой.
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Читайте также: