PCB板噪声原理和抑制

电路板噪声原理和噪声抑制
一:概述噪声
昨天猫猫思考了很久功放噪声的问题,所谓地线就是在信号线间并行存在的额外的一根线,其特点就是与信号线的距离很近,这样就能收集到信号线脉冲时候所产生的电磁感应电势,从而在地线电路中形成电势差,也就是地线噪声,收集的意义就是能避免相邻信号线之间相互感应和干扰,提高各自信号线的信号纯度,提高功能模块的稳定性,而地线收集到的噪声必须妥善处理才能消除对信号线的影响。
在模拟电路中的地线设计与数字电路中的地线设计,理论上要分开走,这样可以用不同标准的耦合电容去除,数字电路中的地线是DGND筋膜仪,模拟电路中的地线是AGND,而打磨三诺音箱中的功放部分,是典型的对模拟放大电路的打磨,因此功放中提到的地线就是AGND
AGND 就是 analog ground
DGND 就是 digital ground
所谓干扰,必然是发生在不同的单元电路、部件或系统之间,而地线干扰是指通过公用地线的方式产生的信号干扰。注意这里所提到的信号,通常是指交流信号或者跳变信号。
二:地线干扰的形式
有人把它归结成两类:地线环路干扰、
公共阻抗干扰,我认为应该还要加上地线环路的电磁偶合干扰

A1A2是级联的两个放大电路。由于PCB设计的客观原因,各个电路单元在不同的板面位
置,它们之间的连线必然有一定的长度,这就形成了导线(铜铂)电阻。导线的直流电阻虽然很小,大多数情况都可以忽略,但是对于交流信号来说,其感抗成分就不可以忽略不记,尤其是频率比较高的时候更是如此。地线同样是导线,因此同样存在阻抗,因此上图中的地线语音云平台JKLMN,就不可以简单的看成是等电位连线了,应该把它们各自看成一个电抗元件。有了这个基本概念,就很容易理解三种地线干扰了。
2.1、地环路干扰
如图所示,由于地线阻抗的存在,当电流流过地线时,就会在地线上产生电压。当电流较大时,这个电压可以很大。例如附近有大功率用电器启动时,会在地线在中流过很强的电流。比如上图中的B单元电路的地线电流,流经地线KL、(MJN),到达接地零点。由于电路的不平衡性,每根导线上的电流不同,因此会产生差模电压,对电路造成影响。具体的说就是B单元电路的地线电流,在JNLM形成的地线环路中,对放大器A1A2造成了影响。由于这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的,因此成为地环路干扰。(本文是E道理www.edaoli原创技术文章,转载请标明出处。)
2.2、地环路电磁耦合干扰
在实际电路的PCB上,JNLM混合3ph古代形成的循环水旁滤器地线环路将包围一定的面积,根据电磁感应定律,如果这个环路所包围的面积中有变化的磁场存在,就会在环路中产生感生电流,形成干扰。空间磁场的变化无处不在,于是包围的面积越大干扰就越严重。
2.3、公共阻抗干扰
认真考察上图所示的电路结构,我们将发现,JNLM中,有一条连接是多余的,随便去除其一,仍然可以满足各个接地点的连通关系,同时又可以消除地线环路。那么,将哪一条连线去除比较合理呢?这时就要考虑另一类的干扰问题??公共阻抗干扰。
去除J:这是最差的方案。J去除后地线环路似乎消失了,可是另一个更可怕的环路又形成了(INLM),其中I是信号线,因此干扰比原来有线J时还要严重。
去除M:环路消失,但是我们发现,此时放大器A2的地线电流需要流过JN到达接地零点,注意N段是A1A2共同的接地线,因此A2接地电流在N上形成的电压降就加到了A1上,形成干扰。这种因共用一段地线而形成的干扰称为公共阻抗干扰
去除L:不仅不能解决A2A1之间的公共阻抗干扰问题,还引起了B单元电路A1A
2之间的公共阻抗干扰问题。
去除N:看来这是最后的方法。其实这样做将使M成为A1A2公用阻抗,同样形成干扰。还是存在问题!但是,我们注意到,此法中的干扰是A1A2的干扰,A2是后级,工作信号强度远大于A1,因此A1A2的干扰,很难造成不良后果。
最合理的走线方案是:去除N,然后将M的下端直接连到接地信号零点上。
三:小结
地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗,当电流流过地线时,会在地线上产生电压,这就是地线噪声。在这个电压的驱动下,会产生地线环路电流,形成地环路干扰。当两个电路共用一段地线时,会形成公共阻抗耦合。解决地环路干扰的方法有切断地环路,增加地环路的阻抗,使用平衡电路等。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗,或采用并联单点接地,彻底消除公共阻抗。E道理www.edaoli原创技术文章,转载请标明出处
四:PCB地线的干扰与抑制
摘要:在PCB设计中,尤其是在高频电路中,经常会遇到由于地线干扰而引起的一些不规律、不正常的现象。本文对地线产生干扰的原因进行分析,详细介绍了地线产生干扰的三种类型,并根据实际应用中的经验提出了解决措施。这些抗干扰方法在实际应用中取得了良好的效果,使一些系统在现场成功运行。

    在单片机系统中,PCB(印制电路板)是用来支撑电路元件,并提供电路元件和器件之间电气连接的重要组件,PCB导线多为铜线,铜自身的物理特性也导致其在导电过程中必然存在一定的阻抗,导线中的电感成分会影响电压信号的传输,电阻成分则会影响电流信号的传输,在高频线路中电感的影响尤为严重,因此,在PCB设计中必须注意和消除地线阻抗所带来的影响。
五: 产生干扰的原因
   
电阻与阻抗两个不同的概念。电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗,而阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗,这个阻抗主要是由导线的电感引起的。由于地线总是存在阻抗,因此用万用表测量地线时,地线的电阻一般是mmΩ级。
   PCB上一段长10 cm、宽15 mm,厚度为50μm的导线为例,通过计算可得到其阻抗的大小。R=ρLs(Ω),式中L为导线长度(m)s为导线截面积(mm2)ρ为电阻率ρ=0.02,因此该导线电阻值约为0鸽钟026 Ω
    当一段导线与其他导线远离并且其长度远大于宽度时,导线的自感量为08 μHm,那么10 cm金属表面耐磨涂层长的导线的电感量是008μH。再由下面的公式求出导线感抗:XL=2πfL,下式中,f为导线通过信号的频率(Hz)L为单位长度导线的自感量(H)。所以分别计算出该导线在低频和高频下的感抗值:
   
    在实际电路中,造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号,脉冲信号包含丰富的高频成分,因此会在地线上产生较大的电压。通过以上的公式计算可以看出,在低频信号传输中导线电阻大于导线感抗,对于数字电路,电路的工作频率很高,在高频信号中导线感抗要远大于导线电阻。因此,地线阻抗对数字电路的影响是十分可观的。这就是电流流过小电阻时
产生大压降,导致电路工作异常的原因。

本文发布于:2024-09-23 18:24:08,感谢您对本站的认可!

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标签:干扰   地线   电路   导线   阻抗   环路   信号
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