屁话少说,切入正题。
真实的产品并没有一个严格意义上的地。功率线路和控制,测量电路在电路逻辑上是共地的,但在实际上产品上却未必真正同电位。功率电路的大电流,电网浪涌(通过电容耦合进来)等都可能在控制电路上叠加一个大的干扰电压。这个电压可导致大LVCOMS,甚至LVTTL的误动作。
对于采用DSP和FPGA来实现的数字电源,共地可能需要仔细设计。
共地有多严重?
比如一个0805的焊盘,通过十字形花键和敷地连接,电阻可以有几个毫欧。电路板从一侧到另外一侧的敷地电阻也未必很小。对于一个设计不合理的电路,如果地电阻是100毫欧,10安的瞬间异常电流,可以产生1V的叠加电压。足够破环系统逻辑。
就算这个叠加的偏差没有导致逻辑误动作,10A作用在1毫欧的电阻上产生的电压有10毫伏,如果这个干扰会耦合到闭环测控回路,则会无端给你的输出电压增加几十毫伏的纹波或噪声,在实际中甚至更严重。
对于想设计开关电源来为测控系统供电的工程师来说,地的就像是魔咒一样制约他设计。宽负载的DCDC系统,比如手机,系统消耗的峰值电流是很大的,从低压电池输出稳定的电压(低噪声)给智能手机的测量电路是很难设计的。智能设备信号检测系统对电源的要求很高,电源工程师需要更高的设计技能来设计低噪声的稳压电源,从而降低系统成本。
下图是两个共地焊盘的电阻,焊盘间是敷地,间距5.4mm左右。测量的电阻为1.17毫欧。
下图是两个焊盘间一段8米尔的铜箔,长约13mm,测量的电阻为42毫欧。
从上面测量出来的结果来看,共地设计不合理导致产品稳定性不够是很明显的事实。在产品设计检查的时候,需要确认:
1. 控制和测量回路是否有大电流叠加,比如负载,电网耦合等;
2. 电路板的验收。电路板铜箔的厚度和宽度都会影响电阻值。4米尔的线对很多厂家都会有20%以上的偏差,厚度偏差也很严重;
4. 铜箔的纯度。纯铜自然好,但电路板厂家都有降低成本的动机。