Земля по периметру платы

Сообщение от

Orsymus Orso

В каждом конкретном случае нужно подходить к проблеме обдуманно, а не по какому - то однажды запомнившемуся шаблону.

Посмотрим сначала на "землю" в общем. Какова ее главная функция (как общего провода схемы)? - Обеспечить равенство потенциалов точек "общего провода", независимо от места размещения деталей на плате. Что для этого надо? А надо при разводке четко представлять себе, где в схеме могут возникать большие токи, (например, при коммутации мощных нагрузок, особенно с большой емкостной составляющей), и как они будут по плате протекать. Стараться делать эти пути максимально короткими, а при их импульсном характере - гасить их в месте возникновения емкостями, не давая гулять по всей плате.

В чем вредность больших токов в общем проводе? Да в том, что они могут создавать заметные падения напряжения на разных частях общего провода, что может повлиять на работу некоторых узлов. Как этот вред уменьшить? - Просто. Делать "земляные" поверхности шире (чем дорожка шире, тем меньше ее сопротивление и индуктивность при той же длине), и короче, тогда и падение напряжения на них будет меньше. Особо следует избегать узких мест, которые даже при небольшой длине, способны создать заметное падение напряжения при концентрации в них тока. Кроме того, большая площадь "земли" работает еще и как электростатический экран, как бы оттягивая на себя злектрические поля помех, к которым особо чувствительны современные маломощные схемы, со сравнительно высокоомными (по сравнению например с TTL) цепями. Естественно, увеличивая площадь земли, надо не забывать и о цепях питания. Ведь в них текут те же токи, и они могут также создавать падение напряжения на отдельных участках, хоть их влияние и меньше, чем на земле.

Не следует обольщаться тонкими дорожками - паутинками на современных компьютерных платах. Как правило, там земля и питание выполнены отдельными сплошными слоями внутри многослойной платы, потому снаружи и не видны. А сигнальные линии тоже не просто так, а образуют с земляным слоем согласованные микрополосковые линии со строго нормированным волновым сопротивлением, которое согласовано также с волновым сопротивлением входов микросхем. Даже во времена TTL техники соединения между микросхемами длиной более 10-25см (в зависимости от их быстродействия), уже требовали согласования волновых сопротивлений. А в современных комповых платах строого просчитывают и время задержки сигнала в них, выравнивая длину некоторых дорожек, для обеспечения равного времени задержки сигналов на шине. (те самые "змейки" у дорожек на платах).

Теперь о петлях на земле. Про них в литературе упоминалось в основном в связи с аппаратурой СВЧ, где такие петли могли создавать паразитные резонансы в полосе рабочих частот. На частотах в сотни МГц любой проводник перестает быть просто проводником, как в низкочастотных схемах, а должен уже рассматриваться как LC система с распределенными параметрами.

Кроме того, в кольцевой земле могут возникать сильные токи под воздействием мощных переменным нигнитных полей. Но это уже случай особый, в таких случаях и помещение платы в нигнитный экран (например, из трансформаторной стали, пермаллоя, а на ВЧ - и меди), неплохо помогает.

Рассмотрим проблему с другой стороны. Когда и на что могут влиять потенциалы, создаваемые токами в общем проводе. Естественно, в первую очередь на наиболее чувствительные места схемы, где небольшие уровни сигналов (например, кварцевый генератор), или необходини высокая точность их измерения (например, в АЦП), или важен низкий уровень шумов (микрофонные усилители, входные каскады нигнитофонов и проигрывателей, входные каскады чувствительных радиоприемников). В таких случаях надо обращать земле и токам в ней особое внимание, сводя их действие к минимуму. Что впрочем не отменяет и других мер - экранировки, фильтрации питающих напряжений, и так далее.

Таким образом, при внимательном рассмотрении, разрез земляного кольца в большинстве случаев ничего не дает (если соблюдены перечисленные выше условия). Напротив, с точки создания эквипотенциальности, земля без разреза работает лучше. В ней ток может протекать в обе стороны от точки его подачи в общий провод, в основном выбирая более короткий (с меньшим сопротивлением) путь, но также шунтируясь и вторым, более длинным, что в целом снижает сопротивление общего провода, соответственно, и падение напряжения на нем.

Ну, а СВЧ схемы - тема особая... Там много чего надо учитывать, и простыми разрезами не обойтись.