在 PCB 设计中实施保护走线/环

电器工程 电路板 pcb设计 噪音 电流信号
2022-01-30 14:02:04

我在这里和那里阅读了一些关于 pcb 保护跟踪/环的文章。但他们都没有讨论如何正确实施它。我能找到的是一些目前无法帮助我的图片和比较!

我想知道的是如何使以下电路更防漏电流(在设计案例中 - 我知道 PCB 材料和 SIR 起着很大的作用)。在此处输入图像描述

该电路将通过电阻器提供高达 30V 的电压,并且每个电阻器都连接到电容器。然后将每个电容器连接到开关矩阵,最后将开关矩阵的单个输出连接到皮安表以测量电容器的泄漏电流。

我想知道我是否应该关心电路中的漏电流!如果是这样,我该如何改进它?

这是我的测试电路:

在此处输入图像描述

我正在考虑通过电线将电容器连接到电路中,即电容器的一个引脚通过我设计的小电路中的电线焊接到另一个引脚上,另一个引脚也用电线焊接到 BNC 屏蔽上,连接到皮安表并且是与电压源 (SMU) 相同

4个回答

保护环传统上用于保护电路中的高阻抗节点免受表面泄漏电流的影响。保护环是一个铜环,由低阻抗源驱动到与高阻抗节点相同的电压。这通常是运算放大器的输入引脚。

下面是 National Semi 的AN-241金属罐运算放大器的经典保护环布局示例

保护环布局

下面是如何连接的示例,来自 Analog 的Analog Dialogue 杂志

保护环示意图

关键特性是保护环连接到一个节点,该节点将被驱动到与被保护的高阻抗节点相同的电压,但源阻抗要低得多。

请注意,并非所有供应商网站都是平等的。Microchip 的 AN1258 建议使用高阻抗网络在低阻抗网络周围创建一个保护环——不要这样做。

现在到你的具体情况。虽然电容器的未驱动侧严格来说不是低阻抗节点,但由于电流表本身在您测量时应提供相当低的阻抗接地路径,但如果任何电流试图到达地面,它仍然会导致测量误差通过该节点而不是通过另一条路径。像这样在节点周围添加一个环不会有什么坏处:

在此处输入图像描述

与另一个答案不同,我不会在环内包含电容器的驱动侧,因为这是一个低阻抗节点,被驱动到相当高的电压。但是,您已经指出有问题的网络甚至不在 PCB 上,所以这个建议在很大程度上是没有实际意义的。由于高阻抗网络基本上是漂浮在空气中的,因此无论如何都应该很好地防止泄漏。

您的电源是直流电源。您写道,您将使用皮安表测量输出。这意味着您的电流在 pA 范围内。保护高阻抗电路的保护环不是一个坏主意。那么,您的原理图中什么是高阻抗,什么不是?皮安表输入,肯定是高阻抗的。12V电源,肯定不是。

这就是我将如何做到的。请注意,环在 R1 的引脚之间、S2 的引脚之间以及皮安表的引脚之间运行:

在此处输入图像描述

用什么连接戒指?保护环必须具有低阻抗接地路径。最好的方法是让保护环处于与保护环所保护的信号大致相同的电压。这样,信号和环之间的泄漏就会很小,因为它们之间的电压差很小。有时,将环连接到 GND 可以工作。有时,您需要一个保护放大器(查一下)。

-缺口

PS 减少直流泄漏的方法不同于对抗传导或辐射 EMI 的方法。

请为此目的使用以下链接:

第 12 章:印刷电路板 (PCB) 设计问题

这对您将非常有用。

(有点)不需要保护环。出于 EMI 原因,您不希望在靠近接地层边缘的地方运行信号或电源。如果信号(在不同的层上)被路由到接地层的边缘,则 EMI 可能会从侧面喷出。通过简单地不将该信号一直路由到边缘,您可以显着降低吐出的 EMI。我忘记了从信号到地平面边缘的确切距离,但它在 0.050 英寸附近。

当然,这让人不禁想知道如何处理这 0.050 英寸,里面什么都没有。包括我在内的一些 PCB 设计人员所做的就是在接地平面的周边放置一条接地迹线,然后使用大约每 0.25 英寸的过孔将该迹线连接到平面。老实说,我不认为这比仅仅拥有它会有所改善差距,但它在理论上似乎很好,不会伤害任何东西,并且至少提供了一个很好的提醒,不要在那里路由信号。

电源层应该类似地完成,因为它们应该从接地平面的边缘拉回。我只是继续在电源平面层上放置一个接地环,然后像以前一样将其接地。与信号层一样,它提供了一种“自动”拉回电源层的好方法。

此方法不适用于没有接地层的 PCB。如果接地环最终承载任何电流,那么在这样的 PCB 周围放置一个接地环可能会使事情变得更糟,而不是更好。

我不相信这会对泄漏产生任何影响,尽管 EMI 是双向的。任何辐射 EMI 的电路也可以接收 EMI。因此,从这个角度来看,它可能会使您的设计更能容忍外部 EMI 干扰。