PCBA中的地彈是什么？如何減少PCB組裝中的地彈

第第頁(yè)P(yáng)CBA中的地彈是什么？如何減少PCB組裝中的地彈？

接地反彈是（PCB）組件中的噪聲源。重要的是要防止這種情況，因?yàn)樗鼤?huì)中斷高速或高頻操作。接地反彈的主要原因是電路上不同點(diǎn)的接地電位差。

噪聲是任何電路中都不需要的元素。因此在一個(gè)電路板設(shè)計(jì)，考慮所有可能的噪聲源并實(shí)施所需的解決方案。地彈是這些噪聲源之一。

在組裝過(guò)程中，所有組件和走線都接地。由于某些差異，電路中各個(gè)接地點(diǎn)之間可能存在電位差。在本文中，我們將幫助您了解地彈的原因、影響和預(yù)防技巧。

PCBA中的地彈是什么？電路板組件上的所有接地點(diǎn)都應(yīng)該處于相同的電位。由于某些原因，單板接地參考點(diǎn)的電壓會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為地彈。

理想情況下，對(duì)于安裝在板上的（IC）封裝：

實(shí)際上，這些潛在的差異并不總是相同的。在我們?cè)敿?xì)解釋造成這種差異的原因之前，讓我們先來(lái)看看將（電子）組件接地的有效方法。

如何正確接地電路板？在變電站和傳輸設(shè)備等大型（電氣）系統(tǒng)中，（電流）的返回路徑直接連接到物理接地。這種方法稱為直接接地。

然而，許多電子電路缺乏這種規(guī)定。汽車或航天器中的電路板組件與物理接地隔離。因此，要提供當(dāng)前返回路徑，設(shè)計(jì)者使點(diǎn)或平面保持在地電位。這種方法稱為間接接地。

電路板中不同類型的接地是：

外殼接地連接到設(shè)備金屬外殼的公共接地點(diǎn)稱為機(jī)箱接地。PCB上的所有接地點(diǎn)都聚集在一起在這一點(diǎn)上連接。它為設(shè)備提（供電）擊保護(hù)和物理屏蔽。該接地可防止電流流過(guò)機(jī)箱的整個(gè)表面區(qū)域。因此，不會(huì)形成引起EMF的接地回路。

（信號(hào)）地信號(hào)地是板上測(cè)量信號(hào)的一個(gè)點(diǎn)。該參考點(diǎn)通常位于電路板表面并連接到內(nèi)部接地平面。可以在信號(hào)接地點(diǎn)上注入噪聲。這就是為什么這些點(diǎn)被放置在PCB本身上而不是隔離到不同的位置。

當(dāng)涉及處理精確低電壓的電路板時(shí)，更清潔的信號(hào)接地是一個(gè)重要（參數(shù)），例如醫(yī)療PCB.在這些電路板中，即使很小的噪聲信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生信號(hào)完整性問(wèn)題.

同一電路板的（模擬）和數(shù)字部分允許共享相同的信號(hào)地。

地平面地平面是一層PCB堆疊保持在0V電位。它充當(dāng)參考平面和通過(guò)電路板循環(huán)的返回電流的匯。來(lái)自表面的信號(hào)接地點(diǎn)通過(guò)過(guò)孔.接地層提供有效的信號(hào)返回、電壓返回，并減少噪聲和干擾。保持地平面連續(xù)是一個(gè)很好的做法。這將避免形成提供替代電流返回路徑的接地回路，從而中斷操作。

大地接地是從電路到物理接地的直接連接。這種接地在電子電器中很突出。電氣互連中的短路或與設(shè)備底盤(pán)/覆蓋物接觸的帶電組件是危險(xiǎn)的。操作人員接觸底盤(pán)會(huì)觸電。因此，所有（高壓）電路都需要接地。

什么導(dǎo)致接地回路？接地回路是由整個(gè)電路中的接地電位差引起的多個(gè)電流返回路徑。因此，電流通過(guò)比所需路徑更短的其他路徑循環(huán)。

理想情況下，PCB組件上的所有接地點(diǎn)和平面都應(yīng)處于相同的電位。但在實(shí)際場(chǎng)景中，將IC連接到電路板的引線中存在電感。該電感會(huì)產(chǎn)生小電壓降并成為接地反彈的原因。

感應(yīng)寄生電感的值非常小，但對(duì)于（晶體管）等器件來(lái)說(shuō)是不可忽視的。這些器件是由邏輯門構(gòu)成的高速（開(kāi)關(guān)電路）。晶體管的信號(hào)電壓在高1和低0之間切換。

當(dāng)IC電壓為1時(shí)，表示輸出電壓接近V抄送.同樣，如果電壓為0，則表明輸出電壓正在接近地電位（0V）。由于上述電感，接地電壓開(kāi)始波動(dòng)或反彈至0V以外的其他值。這就是地面彈跳背后的原因。

地彈導(dǎo)致電路將低(0)誤解為高(1)。因此，整個(gè)電路板上的數(shù)字邏輯器件的操作都會(huì)受到影響。

除了對(duì)操作的影響外，地彈被認(rèn)為是PCBA上的噪聲。因此它減少了信號(hào)完整性.因此，設(shè)計(jì)師采取必要的指導(dǎo)方針來(lái)消除地面彈跳。

地彈是如何產(chǎn)生的？使用下面給出的電路也可以清楚地解釋地彈的產(chǎn)生。

用于說(shuō)明地彈的模型電路

該圖顯示了一個(gè)帶有CMOS的電路，它連接到一個(gè)帶有C的輸出負(fù)載升（電容）和R升反抗。其他參數(shù)如下：

LA：封裝（電源）線的固有電感LB：封裝輸出引線的固有電感LC：CMOS封裝接地引線中的固有電感R1：CMOSIC的輸出（電阻）現(xiàn)在讓我們看一下輸出從高（1）變?yōu)榈停?）的場(chǎng)景。在這種情況下，電流從負(fù)載側(cè)流出，負(fù)載電容放電。該電流（I）流過(guò)電感LB和LC產(chǎn)生電壓V=L（dv/dt）。該產(chǎn)生的電壓導(dǎo)致內(nèi)部CMOS接地的電勢(shì)與外部負(fù)載接地的電勢(shì)不同。因此，與外部接地的零電位相比，內(nèi)部參考接地的電位更高。這種差異表現(xiàn)為電路中的噪聲，并影響電路中開(kāi)關(guān)設(shè)備的工作。

通過(guò)（示波器）觀察到的電路的地彈振蕩如下所示。

地彈波形

頂部波形代表開(kāi)關(guān)器件I/O引腳的輸出。底部波形顯示由于地彈引起的尖峰（噪聲）。

如何減少地彈PCB設(shè)計(jì)人員一直在尋找減少地彈的技巧。最常用的方法是在電路上放置一個(gè)旁路電容.旁路（電容器）有效地繞過(guò)電壓尖峰和電源噪聲.它連接在VCC和IC封裝的GND引腳。

旁路電容有什么作用？電容器在交流和直流電路中的行為不同。在直流電路中，它被充電到電源電流，然后完全阻止電流流動(dòng)。在交流電路中，它為瞬態(tài)信號(hào)到地提供了一條簡(jiǎn)單的路徑。因此，作為瞬態(tài)信號(hào)的地彈或噪聲被直接旁路到地。直流信號(hào)將被電容器阻擋，因此流經(jīng)電路并刺激操作。

使用旁路電容器消除噪音

電容器設(shè)計(jì)參數(shù)引線電感是一個(gè)關(guān)鍵因素多層陶瓷片式電容器（（MLCC））是常用的最大電容器電流取決于最大脈沖壓擺率從低到高切換時(shí)消耗的電流量旁路電容應(yīng)該放在PCB的什么位置？旁路電容器盡可能靠近組件的電源引腳放置。該電容器充當(dāng)晶體管等開(kāi)關(guān)組件的本地電荷存儲(chǔ)。額外的電壓尖峰存儲(chǔ)在這個(gè)電容器中，而不是通過(guò)電路循環(huán)。

因此，所有接地點(diǎn)將處于相同電位，不會(huì)出現(xiàn)地彈噪聲。以下是與旁路電容器相關(guān)的更多設(shè)計(jì)指南：

使用寬和短的走線和過(guò)孔將旁路電容焊盤(pán)連接到電源和接地引腳。這最大限度地減少了電感并改善了電流。集成SMD電容器。添加靠近電容器焊盤(pán)的過(guò)孔。旁路電容和去耦電容有什么區(qū)別？電容器廣泛用作旁路和解耦組件.這些術(shù)語(yǔ)在電路板設(shè)計(jì)中極為常見(jiàn)，因此讓我們來(lái)看看兩者之間的區(qū)別。

減少地彈的布局設(shè)計(jì)規(guī)則用過(guò)孔焊盤(pán)在設(shè)計(jì)允許的情況下。減少信號(hào)返回路徑距離。減少的距離將減少寄生電容.為此，最好將組件放置在其接地點(diǎn)正上方。不要使用插座或繞線板。切勿共用接地過(guò)孔或走線進(jìn)行接地連接。建議使用單獨(dú)的過(guò)孔和走線連接到地平面。

（推薦）的接地連接

不要將電容器直接連接到輸出。實(shí)施低壓差分信號(hào)(LVDS)作為I/O標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)提供高帶寬和高抗噪性。選擇短引線封裝以降低串聯(lián)電感。BGA也推薦。使用實(shí)心地平面