电子产品&设备“地”参考信号的EMC分析

如果因为线路老化等原因导致设备外壳带电,在PE线连接的情况下外壳漏电会从PE线过,否则就会从人体流到地,导致触电。另外还有IT、TT、TN-C等其他几种适用于不同情况的配电系统,说到这里,除了介绍一些配电系统的接地知识,我们也可以看到的一个关键词就是“回路”,所有的能量都在寻求一个回路,从高到低,所以我们需要根据需求和需要设计这些回路。

接着我们再进一步介绍设备里的属于弱电系统的电路板电路设计上的地又有何不同之处。

在电子产品&设备中:系统电子电路设计中的地(GND)

电子产品&设备开关电源系统供电的强电信号地与输出GND的处理技术!

高压经过降压等处理后用来给设备以及电路板上的元器件供电,电路板的作用就是实现信号采集、通讯、控制等功能。电路设计时又根据模拟和数字的不同、高速和低速的不同、功率大小的不同等来分别有相对应的要注意的设计要点。其中一个显著的点就是我们经常看到的PCB设计中的各种地的划分,有AGND、PGND、DGND、EARTH,还有浮地技术等等。

我们电子产品&设备;随着物联互通的需求,开始转化为智能装备;其系统的复杂程度也会越来越高,模拟和数字电路交叉度更密切;参考地信号的问题会对产品的EMC产生影响;进行如下分析:

1.关于模拟地和数字地:

模拟信号和数字信号有何不同,一般的工程师认为是连续和非连续这样的差别,没错,但是正弦波和方波带来的影响是什么?尤其是对地的影响,我们知道在分布参数分析电路中传输线的等效模型是LC,地线同样有这些寄生参数的影响,我们看一下正弦波和方波回路中的地有何差异。

我们可以看到方波因为变化速率快导致存在寄生效应的地线上电位噪声较大,对于数字电路而言是以高低电平为标准,具有一定的噪声容限,而如果模拟信号也以同一个地作为参考点,对于微弱信号采集而言则会导致较大的误差。因此我们需要分别设计地回路,然后单点连接,这样可以避免数字信号对模拟地的干扰影响模拟信号的采集和处理。比如:处理传感器信号采集和电磁阀控制的电路设计中就会出现未能处理好地回路从而导致采集信号噪声太大的问题!模拟地和数字地的参考如下:

2.关于高速电路与地

很多设计师可能不太分得清信号高速和高频的差别,高频是指信号的频率高,也就是周期小,可以说不分模拟或者数字。而高速电路特指数字电路中的电平变化速率很高,也就是上升沿和下降沿的斜率,我们在频域里看看数字信号的本质。

方波的傅里叶变换:

因此我们看到方波包含多次谐波信号,从基波到高次谐波,边沿变化速率越快越接近这个公式,而对于数字信号带来的谐波干扰,处理好信号的地环路很重要。对于高速电路如大于10MHz的数字电路,接地一般采用多点接地,也就是信号伴地走,为信号提供最短返回路径。

一般信号和高速信号的分析差别:

我们再看下数字I/O口的产生信号的变化情况:

所以对于高速数字信号,设计好就近的返回回路是避免干扰的重要一点,因此在多层PCB设计中信号层贴近电源或者地层设计。

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