电源设计中接地技术等12个常见问题解决方法

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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑电源设计中接地技术等12个常见问题解决方法 电源设计问题1：如何来评估一个系统的电源需求? 对于一个实际的电子系统，要仔细的分析它的电源需求。不仅仅是关怀输入电压，输出电压和电流，还要认真考虑总的功耗，电源实现的效率，电源部分对负载变化的瞬态响应力量，关键器件对电源波动的容忍范围以及相应的允许的电源纹波，还有散热问题等等。功耗和效率是亲密相关的，效率高了，在负载功耗相同的状况下总功耗就少，对于整个系统的功率预算就特别有利了，对比LDO和开关电源，开关电源的效率要高一些。同时，评估效率不仅仅是看在满负载的时候电源电路的效率，还要关注轻负载的时候效率水平。 至于

2、负载瞬态响应力量，对于一些高性能的CPU应用就会有严格的要求，由于当CPU突然开头运行繁重的任务时，需要的启动电流是很大的，假如电源电路响应速度不够，造成瞬间电压下降过多过低，造成CPU运行出错。 一般来说，要求的电源实际值多为标称值的+-5%，所以可以据此计算出允许的电源纹波，当然要预留余量的。 散热问题对于那些大电流电源和LDO来说比较重要，通过计算也是可以评估是否合适的。 电源设计问题2：如何选择合适的电源实现电路? 依据分析系统需求得出的详细技术指标，可以来选择合适的电源实现电路了。一般对于弱电部分，包括了LDO(线性电源转换器)，开关电源电容降压转换器和开关电源电感电容转换器。相比之

3、下，LDO设计最易实现，输出纹波小，但缺点是效率有可能不高，发热量大，可供应的电流相较开关电源不大等等。而开关电源电路设计敏捷，效率高，但纹波大，实现比较简单，调试比较烦琐等等。 电源设计问题3：如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数? 许多的未使用过开关电源设计的工程师会对它产生肯定的畏惧心理，比如担忧开关电源的干扰问题，PCBlayout问题，元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了，使用一个开关电源设计还是特别便利的。 一个开关电源一般包含有开关电源掌握器和输出两部分，有些掌握器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简洁了，也简化了PCB设计，但是设计的敏捷性就削减了一些。

4、开关掌握器基本上就是一个闭环的反馈掌握系统，所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的掌握电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路，还有来掌握反馈深度，由于假如反馈环响应过慢的话，对瞬态响应力量是会有许多影响的。 而输出部分设计包含了输出电容，输出电感以及MOSFET等等，这些的选择基本上就是要满意一共性能和成本的平衡，比如高的开关频率就可以使用小的电感值(意味着小的封装和廉价的成本)，但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗，从而效率降低。使用低的开关频率带来的结果则是相反的。 对于输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是特别关键的，小的ESR可以减

5、小输出纹波，但是电容成本会增加，好的电容会贵嘛。开关电源掌握器驱动力量也要留意，过多的MOSFET是不能被良好驱动的。 一般来说，开关电源掌握器的供应商会供应详细的计算公式和使用方案供工程师借鉴的。 电源设计问题4：如何调试开关电源电路? 有一些阅历可以共享给大家： 1：电源电路的输出输出通过低阻值大功率电阻接到板内，这样在不焊电阻的状况下可以先做到电源电路的先调试，避开后面电路的影响。 2：一般来说开关掌握器是闭环系统，假如输出恶化的状况超过了闭环可以掌握的范围，开关电源就会工作不正常，所以这种状况就需要仔细检查反馈和采样电路。特殊是假如采纳了大ESR值的输出电容，会产生许多的电源纹波，这也

6、会影响开关电源的工作的。 电源设计之接地技术的争论 接地问题1：为什么要接地? 接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而实行的爱护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到爱护建筑物的作用。同时，接地也是爱护人身平安的一种有效手段，当某种缘由引起的相线(如电线绝缘不良，线路老化等)和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危急电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到爱护作用。随着电子通信和其它数字领域的进展，在接地系统中只考虑防雷和平安已远远不能满意要求了。比如在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准地作为信号的参考地。而且随着电

7、子设备的简单化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必需赐予特殊关注，否则，接地不当就会严峻影响系统运行的牢靠性和稳定性。最近，高速信号的信号回流技术中也引入了“地”的概念。 接地问题2：接地的定义 在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是线路电压的参考点;对于系统设计师来说，它经常是机柜或机架;对电气工程师来说，它是绿色平安地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。留意要求是”低阻抗”和“通路”。 接地问题3：常见的接地符号 PE，PGND，FG-爱护地或机壳;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24

8、V)电源(电池)回流;GND-工作地;DGND-数字地;AGND-模拟地;LGND-防雷爱护地。 接地问题4：合适的接地方式 接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说，单点接地用于简洁电路，不同功能模块之间接地区分，以及低频(f1MHz)电子线路。当设计高频(f10MHz)电路时就要采纳多点接地了或者多层板(完整的地平面层)。 接地问题5：信号回流和跨分割的介绍 对于一个电子信号来说，它需要查找一条最低阻抗的电流回流到地的途径，所以如何处理这个信号回流就变得特别的关键。 第一，依据公式可以知道，辐射强度是和回路面积成正比的，就

9、是说回流需要走的路径越长，形成的环越大，它对外辐射的干扰也越大，所以，PCB布板的时候要尽可能减小电源回路和信号回路面积。 其次，对于一个高速信号来说，供应有好的信号回流可以保证它的信号质量，这是由于PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层(或电源层)为参考来计算的，假如高速线四周有连续的地平面，这样这条线的阻抗就能保持连续，假如有段线四周没有了地参考，这样阻抗就会发生变化，不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。所以，布线的时候要把高速线安排到靠近地平面的层，或者高速线旁边并行走一两条地线，起到屏蔽和就近供应回流的功能。 第三，为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割，这也是由于信号跨越了不同电源层后

10、，它的回流途径就会很长了，简单受到干扰。当然，不是严格要求不能跨越电源分割，对于低速的信号是可以的，由于产生的干扰相比信号可以不予关怀。对于高速信号就要仔细检查，尽量不要跨越，可以通过调整电源部分的走线。(这是针对多层板多个电源供应状况说的) 接地问题6：为什么要将模拟地和数字地分开，如何分开? 模拟信号和数字信号都要回流到地，由于数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个洁净的地参考工作的。假如模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。 一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模

11、拟地上。当然这也不是特别严格的要求模拟地和数字地必需分开，假如模拟部分四周的数字地还是很洁净的话可以合在一起。 接地问题7：单板上的信号如何接地? 对于一般器件来说，就近接地是最好的，采纳了拥有完整地平面的多层板设计后，对于一般信号的接地就特别简单了，基本原则是保证走线的连续性，削减过孔数量;靠近地平面或者电源平面，等等。 接地问题8：单板的接口器件如何接地? 有些单板会有对外的输入输出接口，比如串口连接器，网口RJ45连接器等等，假如对它们的接地设计得不好也会影响到正常工作，例如网口互连有误码，丢包等，并且会成为对外的电磁干扰源，把板内的噪声向外发送。一般来说会单独分割出一块独立的接口地，与信号地的连接采纳细的走线连接，可以串上0欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。同样的，对接口地和接口电源的滤波也要仔细考虑。 第 5 页 共 5 页