接地的重要性可以类比于大自然的大地,——所以讲课的人认为电子电路的Ground翻译的非常准确——比如大自然的地,如果地基不牢固啦,受到地震等激励,大楼都会倒塌,损失惨重。就像最近四川发生地震似的,一定跟那里的地不牢固有关系。地是万物的根基。
在EMC中,接地的定义为,电流信号返回其源头的低阻抗路径。这个定义非常重要,所以给它单独一段。
这个定义包含两个重点,第一是电流,电流包括高频电流、低频电流、共模电流和差模电流等。接地不是为了等电位哦,否则随便一根线把两个节点接到一起,都可以说完成接地了。第二是返回其源头,从哪里来就要回到哪里去,宇宙中所有的物体都是要回到的源头的。那么怎么回到源头呢?低阻抗路径!具体就是阻抗要小,回流面积要小。据说接地的一切都是围绕它来展开的。
以ESD为例解释下上面接地的概念。ESD是从大地来得,所以一定要给它一个路径,让它快速回到大地。所以有机壳的产品,单板都会有PGND,它直接接到机壳上,且与单板中的功能地如数字地等,都是隔离的,包括投影面也没有重合。这就是为了保证ESD来了以后,能够快速返回到大地,因为它就是从大地来得。PGND与单板的功能地千万不能直接连上,否则单板功能地都被污染了,滤波的前提就是要保证地是干净的。因此,如果接地不好,ESD窜去单板功能地里面去,就会导致系统异常,比如复位重启、数据丢失,甚至死机,因为ESD高频电流在地阻抗上会形成电压嘛。如果产品是塑料外壳,那就不用分地了,但要铺地多打过孔,保证地的地阻抗等等。“欧姆定律永远都是有效的”。
这个课程应用性非常强,都是直接可以工程应用的。比如单面板地如何接,双层板地如何接,反正多铺地多打过孔,这样才能减小接地阻抗。电源和信号都要伴地走,这样才能减小回路面积。特别是高频干扰信号比如时钟,敏感信号比如复位信号,前者会对外面有辐射(它的基理可能是这样的,首先环路大会形成环形天线,而后回路面积大意味着阻抗也大,电流叠加上面会有高频电压源,会成为偶极子天线模型驱动线缆导致RE超标等),后者的话肯定会容易引起系统故障,抗干扰能力很差。这是单面板双面板接地。
多层板电路板注意层叠设计,保证PI和SI,主参考平面一定不要跨分割——这是PCB评审里面必改的问题,因为高频电流是走镜像回流的,如果跨分割,就会导致回路面积大,阻抗大等等。层间距据说也是评审要点,因为微带线带状线回流的主参考平面选定跟它有关系,但我问过制版厂,好像这个层间距跟他们有关系,他们决定,而不是根据软件层间距设置的数值确定的。
混合电路接地,比如模拟和数字电路,射频与数字,功率与模拟和数字,等等,共同点是都要注意分区。我觉得我在模拟和数字电路接地这块理解的挺好的,因为以前看过TI公司的资料,现在比较流行的模拟和数字电路接地,就是它了。主要原理就是高频电流走镜像回流。TI文档没有提的是,接口要滤波啦,以及模拟和数字地之间要预留电容,比如模拟接口跑来了干扰,那么如果没有电容,它会在模拟部分乱跑,导致小信号错误。电容也是接地哦,它可以理解成短路的,——虽然实际电容有阻抗频率特性曲线——毕竟干扰都是高频电流嘛。其他功能接地跟模拟数字接地挺类似的。TI有资料提到了不能用磁珠接地,因为它有DCR有高频阻抗,这会形成压差的,高频电压差很危险的。直接铜皮连接即可。
最后提下单板数字地与机壳地如何连接。有两个问题,第一是需要不要连接(答案是需要的,不用担心静电会跑进来),如何连接(两种连接方法)。以前就一直奇怪为啥单板地与螺纹孔(它是接到机壳地去的)有用阻容连接的。实际上只有医疗行业和电力行业才会这么干的,医疗行业担心漏电流,电力行业有绝缘考虑。电容不能太大,具体数值忘掉了。电阻通常兆欧,它是用来防止电荷累积累的。