דוֹאַר:info@anke-pcb.com
Whatapp/WeChat: 008618589033832
סקייפ: SannyDuanBSP
המהות של GND במעגלים
במהלךפריסת PCBתהליך, מהנדסים יתמודדו עם טיפולי GND שונים.
למה זה קורה? בשלב התכנון הסכמטי במעגל, על מנת להפחית את ההפרעה ההדדית בין מעגלים, מהנדסים בדרך כלל מציגים חוטי קרקע GND שונים כנקודות התייחסות 0V עבור מעגלים פונקציונליים שונים, ויוצרים לולאות זרם שונות.
סיווג חוטי קרקע GND:
1. חוט קרקע אנלוגי Agnd
AGND חוט קרקע אנלוגי משמש בעיקר בחלק המעגל האנלוגי, כמו מעגל רכישת ADC של חיישנים אנלוגיים, מעגל יחס מגבר תפעולי וכו '.
במעגלים אנלוגיים אלה, מכיוון שהאות הוא אות אנלוגי ואות חלש, הוא מושפע בקלות מהזרמים הגדולים של מעגלים אחרים. אם לא נבדלים, זרמים גדולים יניבו טיפות מתח גדול במעגל האנלוגי, וגורמים לעוות את האות האנלוגי ועלולים לגרום לתפקוד המעגל האנלוגי להיכשל.
2. חוט קרקע דיגיטלי DGND
חוט קרקע דיגיטלי DGND, ברור יחסית לחוט קרקע אנלוגי AGND, משמש בעיקר בחלק המעגל הדיגיטלי, כמו מעגלי גילוי מפתח, מעגלי תקשורת USB,מעגלי בקר מיקרווכו '
הסיבה להגדרת DGND של חוט הקרקע הדיגיטלי היא שלמעגלים דיגיטליים יש תכונה משותפת, שהיא אות מתג נפרד המובחנת רק בין "0" ל- "1", כפי שמוצג באיור שלהלן.
במהלך התהליך של המתח המשתנה מ- "0" ל- "1" או מ- "1" ל- "0", המתח מייצר שינוי. על פי התיאוריה האלקטרומגנטית של מקסוול, הזרם המשתנה יפיק סביבו שדה מגנטי ויוצר קרינת EMC במעגלים אחרים.
כדי להפחית את ההשפעה של קרינת EMC על מעגלים, יש להשתמש ב- DGND חוט קרקע דיגיטלי נפרד כדי לספק בידוד יעיל למעגלים אחרים.
3. חוט קרקע חשמל PGND
בין אם מדובר ב- AGND חוט קרקע אנלוגי או חוט קרקע דיגיטלי DGND, שניהם מעגלים בעלי עוצמה נמוכה. במעגלים בעלי עוצמה גבוהה, כמו מעגלי כונן מנוע, מעגלי כונן שסתום אלקטרומגנטי, יש גם חוט קרקע התייחסות נפרד הנקרא חוט קרקע חשמל PGND.
מעגלים בעלי עוצמה גבוהה, כפי שהשם מרמז, הם מעגלים עם זרמים גדולים יחסית. ברור שזרמים גדולים יכולים בקלות לגרום לקיזוז קרקע בין פונקציונלי שונהמעגלים.
ברגע שיש קיזוז קרקע במעגל, מתח ה- 5V המקורי אולי כבר לא יהיה 5V, אך הופך להיות 4V. מכיוון שמתח 5V הוא יחסית לחוט הקרקע של 0V Reference GND. אם קיזוז הקרקע גורם ל- GND לעלות מ- 0V ל- 1V, אז מתח 5V הקודם (5V-0V = 5V) הופך ל- 4V (5V-1V = 4V) עכשיו.
4. אספקת חשמל תיל קרקע GND
AGND חוט קרקע אנלוגי, חוט קרקע דיגיטלי DGND וחוט קרקע כוח PGND מסווגים כולם כחוט קרקע DC GND. יש לאסוף את סוגים שונים של חוטי קרקע זה יחד כחוט קרקע התייחסות 0V עבור המעגל כולו, המכונה אספקת חשמל חוט קרקע GND.
ספק הכוח הוא מקור האנרגיה לכל המעגלים. כל המתח והזרם הנדרש כדי שהמעגל יעבוד הם מאספקת החשמל. לפיכך, חוט הקרקע GND של ספק הכוח הוא נקודת ההתייחסות למתח 0V עבור כל המעגלים.
זו הסיבה שסוגים אחרים של חוטי קרקע, בין אם מדובר בחוט קרקע אנלוגי Agnd, חוט קרקע דיגיטלי DGND או חוט קרקע כוח PGND, יש לאסוף את כולם יחד עם חוט הקרקע של אספקת החשמל GND.
5. חוט קרקע AC CGND
CGND חוט קרקע AC נמצא בדרך כלל במעגלים עם מקורות כוח AC, כמו מעגלי אספקת חשמל AC-DC.
מעגלי אספקת החשמל של AC-DC מחולקים לשני חלקים. השלב הקדמי של המעגל הוא מעגל ה- AC, והשלב האחורי הוא מעגל DC, שנאלץ ליצור שני חוטי קרקע, האחד הוא חוט הקרקע AC, והשני הוא חוט האדמה DC.
חוט הקרקע AC משמש כנקודת ההתייחסות 0V עבור חלק מעגל AC, וחוט הקרקע DC משמש כנקודת ההתייחסות 0V עבור חלק מעגל DC. בדרך כלל, על מנת לאחד חוט קרקע GND במעגל, המהנדס יחבר את חוט הקרקע AC לחוט האדמה DC דרך קבלים או משרן צימוד.
6. חוט קרקע אדמה EGND
מתח הבטיחות לגוף האדם הוא מתחת ל 36 וולט. אם המתח עולה על 36 וולט המופעל על גוף האדם, הוא יגרום נזק לגוף האדם. זהו השכל הישר הבטיחותי עבור מהנדסים בעת פיתוח עיצובים של פרויקט מעגלים.
כדי לשפר את גורם הבטיחות של המעגל, מהנדסים בדרך כלל משתמשים בחוט האדמה האדמה שנמצא בפרויקטים בעלי מתח גבוה ובזרם גבוה, כמו מכשירי חשמל ביתיים כמו מאווררים חשמליים, מקררים וטלוויזיות. השקע עם פונקציית ההגנה של EGND מוצג באיור שלהלן.
הסיבה לכך שבשקעי מכשירי משק הבית יש שלושה מסופים היא מכיוון שלמרות שהספק AC של 220 וולט דורש רק חוט חי וחוט ניטרלי, הטרמינל השלישי מיועד לקרקע האדמה המגן (למשל).
שני המסופים משמשים לחוטים חיים וניטרליים של כוח 220 וולט, ואילו הטרמינל השלישי משמש כקרקע האדמה המגנה (EGND).
חשוב לציין כי קרקע האדמה (EGND) קשורה אך ורק לכדור הארץ ומספקת הגנה מפני מתח גבוה. זה לא משתתף בפונקציונליות המעגל ואינו קשור לתפקוד המעגל.
לפיכך, לקרקע האדמה (EGND) יש משמעות חשמלית מובהקת מסוגים אחרים של חיבורי קרקע (GND).
בחינת העיקרון של GND:
מהנדסים עשויים לתהות מדוע יש כל כך הרבה הבחנות לחיבורי קרקע (GND) ומדוע הם צריכים להציג פונקציות מרובות עבור GND.
בדרך כלל, מהנדסים מפשטים את שמות חיבורי GND ל- "GND" רק ללא בידול בעיצובים סכמטיים, מה שמקשה על זיהוי שטחים פונקציונליים שונים במעגל במהלך פריסת PCB. כתוצאה מכך, כל חיבורי ה- GND פשוט קשורים זה לזה.
למרות שהפעולה הפשוטה הזו נוחה, היא מובילה לסדרת בעיות:
1. הפרעות אות:
אם חיבורי קרקע פונקציונליים שונים (GND) קשורים זה בזה ישירות, מעגלים בעלי עוצמה גבוהה הנוסעים דרך הקרקע (GND) יכולים להפריע לנקודת ההתייחסות 0V (GND) של מעגלי עוצמה נמוכה, וכתוצאה מכך ניתן למתבך אות בין מעגלים שונים.
2. דיוק אות:
עבור מעגלים אנלוגיים, דיוק האות הוא מדד הערכה מכריע. איבוד דיוק פוגע במשמעות התפקודית המקורית של מעגלים אנלוגיים.
הקרקע (CGND) של אספקת חשמל AC משתנה בצורת גל סינוסואידית תקופתית, וגורמת גם למתח שלה להשתנות. שלא כמו קרקע DC (GND), שנשארת קבועה ב- 0V.
כאשר חיבורי קרקע מעגלים שונים (GND) קשורים זה לזה, התנודה המחזורית של קרקע AC (CGND) יכולה להשפיע על השינויים באדמה האנלוגית (AGND), ובכך להשפיע על דיוק המתח של אותות אנלוגיים.
3. EMCלְנַסוֹת:
ככל שהאות חלש יותר, כך הקרינה האלקטרומגנטית החיצונית חלשה יותר (EMC). ככל שהאות חזק יותר, כך ה- EMC החיצוני חזק יותר.
אם חיבורי קרקע מעגלים שונים (GND) קשורים זה לזה, הקרקע (GND) של מעגל אות חזק מפריעה ישירות עם הקרקע (GND) של מעגל אות חלש. כתוצאה מכך, אות הקרינה האלקטרומגנטית החלשה במקור (EMC) הופך למקור חזק לקרינה אלקטרומגנטית מבחוץ, מה שהופך אותו למאתגר יותר להתמודד עם ניסויים ב- EMC.
4. אמינות המעגל:
ככל שפחות חיבורים בין מערכות מעגלים, כך יכולת ההפעלה העצמאית של כל מעגל. לעומת זאת, ככל שיותר קשרים, כך יכולת ההפעלה העצמאית חלשה יותר.
שקול שתי מערכות מעגלים, A ו- B, ללא צמתים. הביצועים של מערכת מעגלים A לא אמורים להשפיע על הפעולה הרגילה של מערכת המעגל B, ולהיפך.
זה דומה לזוג זרים, שבהם השינויים הרגשיים של אדם אחד לא היו משפיעים על מצב הרוח של האחר מכיוון שאין להם קשר.
אם חיבורי קרקע מעגלים שונים (GND) קשורים זה לזה במערכת מעגלים, הוא מוסיף קישור חיבור המגביר את ההפרעה בין מעגלים, ובכך מפחית את האמינות של פעולת המעגל.
Shenzhen Anke PCB Co., Ltd
זמן ההודעה: דצמבר 05-2023
