3.3 數(shù)字地與PGND之間的橋接
PGND是板級的保護(hù)地,主要使用在IO端口區(qū)域，現(xiàn)代硬件設(shè)計中頻繁出現(xiàn)，主要為了EMC設(shè)計，在國外有人把這個地定義為”Quiet GND”，此地用于泄放EMC能量，比如Surge,比如ESD，比如外部系統(tǒng)進(jìn)來的能量和內(nèi)部系統(tǒng)要出去的能量。
圖10所示是針對外部線纜的EMC設(shè)計，這部分能量可能是共模形式，也可能是差模形式，在電路中所選擇的濾波防護(hù)器件就會有所不同。重點就是這部分能量我們不希望他流到系統(tǒng)內(nèi)部，需要在IO端口處就解決問題，這時候PGND的意義就非常重大。
圖11所示是針對內(nèi)部線纜或內(nèi)部信號的EMC設(shè)計，這部分能量同樣可能是共模形式，也可能是差模形式。同樣，這部分能量我們不希望他流出系統(tǒng)內(nèi)部，需要在IO端口處就解決問題。
上面的兩種設(shè)計決定了我們的相關(guān)電路會有所側(cè)重，如前文所述，我們EMC不僅僅關(guān)心有用信號，還關(guān)心無用信號，除了有用信號的功能回流外，我們還要關(guān)注一些無用信號的回流。在設(shè)計PGND之初，我們應(yīng)該理解分地是為了隔離，為了避免相互之間的串?dāng)_，這是設(shè)計原始的目的。常見的隔離器件分為兩大類，一類是線圈類，一類是光隔類。理論上的完全隔離是不存在的，器件本身會有自身的特性參數(shù)，其中分布電容的存在，就會在高頻狀態(tài)下形成通路，從而導(dǎo)致隔離的失效。基于這條通路的存在，我們需要為通過分布電容的無用信號提供高頻回流路徑，即我們的橋接。
圖12所示的三種橋接方式，在實戰(zhàn)上較為常見，那么如何選擇呢？在分析之前，我們首先要明白我們EMC設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計概念，你的任何一個設(shè)計會不會服從所有的測試項目，不能因為你的設(shè)計影響到其他的測試項，這一點需要一定的經(jīng)驗積累和產(chǎn)品的認(rèn)知，你才能很好的平衡這些問題。在設(shè)計之初我們就先行考慮這些問題，或者根據(jù)產(chǎn)品的積累直接引用以前的設(shè)計。
電容橋接是用的最多的，他的優(yōu)點就是控制部分信號的回流，絕大部分不可以通過，電容值的選擇跟截止頻率相關(guān)，跟無用信號相關(guān)，比如RE、CE里的超標(biāo)頻率點。由于外部線纜可能會帶入大電流的能量，為了避免對GND的直接沖擊，這顆電容選型時，除了考慮電容值，我們還要關(guān)心他的耐壓值，以適應(yīng)工作環(huán)境。典型值為1000PF，耐壓1KV，后期可以根據(jù)需要做調(diào)整。
電容橋接除了應(yīng)用在前面所述的因隔離而做的PGND與GND之間的劃分之外，還可以應(yīng)用在因為ESD泄放而做的兩種地之間的劃分。這一應(yīng)用在ESD設(shè)計里我們有詳細(xì)的描述。
磁珠橋接與電容橋接不同，電容橋接是截止頻率以上能通過，而磁珠橋接是在磁珠響應(yīng)頻段有一定的插損，通過增加回流阻抗，減小回路電流，實現(xiàn)對無用信號的控制。同樣他也是雙向的，PGND區(qū)的能量經(jīng)過磁珠有一定插損后再進(jìn)入GND區(qū)，GND區(qū)的能量也要經(jīng)過磁珠之后再進(jìn)入PGND區(qū)，降低能量的影響。
因為這一特性，我們在選型上，需要注意大電流，大阻抗。當(dāng)有大電流流過的時候，他的缺點就暴露出來，明顯沒有電容橋接安全。當(dāng)GND區(qū)有敏感 信號時，這些地彈可能直接耦合到相關(guān)信號，而導(dǎo)致失效。
電阻橋接與磁珠橋接類似，他更看重最低阻抗回流路徑，或者說是最快速的能量釋放，當(dāng)然他的應(yīng)用也是比較特殊。
我們設(shè)計PGND區(qū)的目的前面已經(jīng)說了很多，PGND最終回路是什么？我們是希望通過接地點與PE相連，形成最低阻抗路徑，這個接地點可以接地鏍柱，接地鏍釘，也可以通過金屬外殼再與接地鏍柱相連接。許多經(jīng)典電路都是基于金屬外殼這一優(yōu)越條件來做的EMC設(shè)計，比如網(wǎng)口電路，電話口電路，早期的電路中，各有各的做法，常見的就是網(wǎng)口下部掏空，即使現(xiàn)在，有一些公司的產(chǎn)品還在引用這一次設(shè)計。對于EMC來講，只要你能通過諸多的測試，就是一個好電路，好方案，EMC從來不追求完美，不追求極致，我們要做的就是將能量平衡，預(yù)留適當(dāng)?shù)脑Ａ浚芡ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)要求即可。一個極致的方案，成本代價也是昂貴的，可以做來研究用，但不適用于量產(chǎn)。早期的ADSL Modem ,為了surge，都會特意留出一個PGND接地點，用于泄放。而我們國內(nèi)大部分的家庭的強(qiáng)電并沒有接地線，這就導(dǎo)致設(shè)計上有接地線，而現(xiàn)場根本沒法接這一矛盾，所以這一設(shè)計漸漸的被取代，需要新的設(shè)計來滿足要求。對于有接地線的我們的策略會采用電容橋接設(shè)計，如果沒有接地線怎么辦？即我們大部分的II類 III類設(shè)備帶有端口的PGND該如何設(shè)計？可不可以不設(shè)計？早期的設(shè)計經(jīng)驗告訴我們，沒有PGND的幫助，許多測試都很難通過，比如ESD、RE和CE。既然設(shè)計了我們就要給他電氣回路，所以我們就采用了磁珠橋接與電阻橋接的方法，讓PGND與GND產(chǎn)生電氣關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)很大程度上是為了平衡，是為了微調(diào)一些測試項目線果。而這種恰恰是許多終端產(chǎn)品需要做的，因為他的RE是class B ,他的結(jié)構(gòu)是塑料。后期的debug大部分時間是在做裕量，做平衡，難度極高。
電阻橋接在電氣原理是直通的，哪么為什么不直接將PGND與GND連在一起，設(shè)計成一個地，為什么還要勞神費(fèi)勁？其實電阻橋接是由電容橋接演變而來，過去的案例發(fā)現(xiàn)，一些電容的橋接，根本沒法達(dá)到設(shè)計要求，EMC設(shè)計工程師就通過最直接的辦法來整改設(shè)計，即電阻橋接，實現(xiàn)全頻段的通過，條件是必須按設(shè)計好的單一位置處回流。我們同時也發(fā)現(xiàn)當(dāng)PGND不夠大，不足以消耗ESD能量時，這個電阻橋接的分流就起到了很重要的平 們衡作用。
上面我們討論了三種橋接方式，最常用的就是電容橋接，這一橋接方式為EMC設(shè)計首選。而對于終端產(chǎn)品，我們要適當(dāng)應(yīng)用磁珠橋接和電阻橋接。
橋接本身意義重在橋，橋只能適量，不能超載運(yùn)作，也預(yù)示著通過橋的能量要是要一定條件的。我們設(shè)計中根據(jù)具體通過的載體來做具體的設(shè)計，成熟的產(chǎn)品可以引用延用以前的設(shè)計，但需要明白其中的原理和原因。
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