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접지는 전류를 다루는 모든 전자 회로 및 시스템에서 중요한 개념입니다. 전력망에서 가정, 인쇄회로기판(PCB)에 이르기까지 모든 것은 접지가 있습니다. PCB는 거의 모든 전자 장치의 기능에 매우 중요하며 각 PCB가 올바르게 작동하려면 적절한 접지가 필요합니다.
사람들은 다양한 개념을 설명하기 위해 접지라는 용어를 사용합니다. 이 기사에서는 이러한 개념, PCB 접지의 중요성 및 PCB 접지에 사용할 수 있는 다양한 방법에 대해 논의합니다.
인쇄 회로 기판의 접지면은 전위 전압의 임의 노드와 전류에 대한 공통 반환 역할을 하는 전도체입니다. 그것은 제로 기준 또는 제로 볼트의 지점입니다. 접지는 신호의 기준이 되는 기준입니다.
전자 제품에서 접지는 회로의 특정 지점에 지정된 이름입니다. 양극과 음극 단자가 있는 하나의 배터리가 있는 회로에서 음극 단자는 일반적으로 접지라고 합니다.
일부 회로에는 양극, 음극 및 접지라는 연결이 있습니다. 이 경우 접지는 전압으로 측정된 음극 단자와 양극 단자 사이의 중간 지점입니다. 전압이 9이면 접지면은 4.5볼트가 됩니다. 그러나 접지 제로, 양극 단자를 4.5볼트, 음극 단자를 -4.5볼트로 부릅니다. 전압은 두 지점 사이의 측정값이고 4.5와 -4.5 사이에는 여전히 9의 차이가 있기 때문에 이렇게 할 수 있습니다.
접지 기술을 부적절하게 사용하면 시스템 성능이 크게 저하될 수 있습니다. 성능을 저하시킬 수 있는 스퓨리어스 접지 및 신호 반환 전압 제어를 포함하여 접지의 다양한 측면을 관리해야 합니다. 외부 신호 커플링, 공통 전류 및 기타 문제로 인해 이러한 전압이 발생할 수 있습니다. 차동 신호 처리를 사용하고 접지 절연 기술을 사용하여 도체를 적절하게 라우팅하고 크기를 조정하면 이러한 원치 않는 전압을 제어하는 데 도움이 됩니다.
또한 혼합 신호 아날로그 및 디지털 환경에서 작업할 때 특별한 고려 사항이 있습니다. 접지는 넓은 동적 범위를 가진 신호로 작업할 때 노이즈를 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
플로팅 그라운드, 가상 그라운드, 어스 그라운드를 포함하여 그라운드라고 불리는 다양한 유형의 노드가 있습니다.
접지와 섀시 접지는 동일한 기능을 수행하기 때문에 이러한 용어는 종종 안전 접지라는 용어와 함께 같은 의미로 사용됩니다.
PCB 접지와 관련하여 모든 상황에 적용할 수 있는 접근 방식은 없습니다. 시스템을 접지하는 가장 좋은 방법을 결정하려면 시스템 내의 전류가 흐르는 방식을 이해해야 합니다. 그러나 선택할 수 있는 다양한 방법과 대부분의 시스템에 적용되는 최상의 접지 방법에 대한 몇 가지 팁이 있습니다. 보드에 적합한 접근 방식을 결정하려면 보드 디자인을 이해하고 있는지 확인해야 하며 여러 기술을 시도해야 할 수도 있습니다.
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PCB 접지에 사용할 수 있는 다양한 기술이 있습니다. 다음은 오늘날 사용되는 가장 일반적인 접근 방식입니다.
한 가지 일반적인 기술은 PCB의 큰 구리 조각인 접지면을 사용하는 것입니다. 일반적으로 PCB 제조업체는 구성 요소나 트레이스가 없는 모든 영역을 구리 접지면으로 덮습니다.
2레이어 보드에서 표준 PCB 접지면 규칙은 접지면이 보드의 맨 아래 레이어에 배치되어야 하고 구성요소와 신호 트레이스가 맨 위 레이어에 있어야 함을 나타냅니다.
접지면에 의해 형성되는 전도성 물질의 링을 생성하지 않는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 접지면이 EMI(전자기 간섭)에 더 취약해지기 때문입니다. 이 전도성 링은 인덕터 역할을 하며 외부 자기장은 접지 루프라는 전류를 유발할 수 있습니다. 전체 하단 레이어 위에 접지면을 배치한 다음 전자 부품이 있는 부품을 제거하면 전도성 링이 생길 수 있습니다. 이 문제를 방지하려면 추적을 가능한 짧게 만들고 매핑한 후 접지면이 완전히 아래에서 실행되도록 둡니다. 전도성 링을 생성하지 않도록 트레이스 및 구성요소의 레이아웃을 조정해야 할 수도 있습니다.
접지면은 종종 보드의 양쪽에 있습니다. 어떤 경우에는 구성 요소 쪽의 평면이 공급 전압으로 유지되고 보드의 다른 쪽 평면이 접지됩니다. 접지면은 구성 요소 및 커넥터의 접지 핀에 연결되어 전체 PCB를 통해 접지 전압을 동일한 수준으로 유지합니다.
2층 PCB에서는 하나 이상의 접지면을 사용할 수도 있습니다. 각 평면은 개별적으로 전원 공급 장치에 연결하여 평면을 분리하고 접지 루프가 발생하지 않도록 해야 합니다.
PCB의 양쪽에 접지면이 있는 경우 보드의 여러 위치에서 비아를 통해 연결됩니다. 이 비아는 보드를 관통하고 양면을 서로 연결하는 구멍입니다. 이를 통해 비아에 들어갈 수 있는 모든 곳에서 접지면에 액세스할 수 있습니다.
비아를 사용하면 접지 루프를 피할 수 있습니다. 구성 요소를 접지 지점에 직접 연결합니다. 접지 지점은 낮은 임피던스를 통해 회로의 다른 모든 접지 지점에 연결됩니다. 또한 리턴 루프의 길이를 짧게 유지하는 데 도움이 됩니다.
접지면과 같은 구리 조각은 전류가 흐르는 주파수 파장의 1/4에서 공진할 수 있습니다. 특정 간격으로 접지면 주위에 스티칭 비아를 배치하면 이를 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다. 실질적인 경험 법칙은 접지 비아를 파장의 1/8 이하로 배치하는 것입니다. 이것은 트레이스의 스텁이 파장의 1/8에서만 문제가 되기 시작하기 때문에 작동합니다.
비아를 생성하려면 기판에 작은 구멍을 뚫고 얇은 구리선을 통과시킨 후 각 면에 납땜하여 필요한 연결을 형성합니다.
PCB의 모든 커넥터는 접지에 연결해야 합니다. 커넥터에서 모든 신호 전도는 병렬로 실행되어야 합니다. 이 때문에 접지 핀을 사용하여 커넥터를 분리해야 합니다.
각 보드에는 접지로 연결되는 하나 이상의 커넥터 핀이 필요할 수 있습니다. 핀이 하나만 있으면 임피던스 불일치 문제가 발생하여 발진이 발생할 수 있습니다. 연결된 두 도체의 임피던스가 일치하지 않으면 두 도체 사이에 흐르는 전류가 앞뒤로 바운스될 수 있습니다. 이러한 진동으로 인해 시스템의 성능이 변경되어 의도한 대로 작동하지 않을 수 있습니다. 커넥터의 각 핀의 접촉 저항은 낮지만 시간이 지남에 따라 상승할 수 있습니다. 이러한 이유로 여러 개의 접지 핀을 사용하는 것이 이상적입니다. PCB 커넥터에 있는 핀의 약 30~40%는 접지 핀이어야 합니다.
커넥터는 다양한 피치로 제공되며 핀 행 수가 다를 수 있습니다. 커넥터의 핀은 PCB 표면과 평행하거나 직각일 수도 있습니다.
PCB에는 작동하는 데 전원이 필요한 하나 이상의 집적 회로 칩이 포함되어 있습니다. 이 칩에는 외부 전원에 연결하기 위한 공급 핀이 있습니다. 또한 접지 핀이 있어 PCB의 접지면에 연결합니다. 전원 핀과 접지 핀 사이에는 칩에 공급되는 전압의 진동을 부드럽게 하는 역할을 하는 디커플링 커패시터가 있습니다. 디커플링 커패시터의 반대쪽 끝은 접지면에 연결됩니다.
디커플링 커패시터를 사용하는 주요 이유 중 하나는 기능과 관련이 있습니다. 디커플링 커패시터는 전하 저장 장치로 작동할 수 있습니다. 집적 회로(IC)에 추가 전류가 필요한 경우 디커플링 커패시터는 낮은 인덕턴스 경로를 통해 이를 제공할 수 있습니다. 이 때문에 디커플링 커패시터를 IC 전원 핀 가까이에 배치하는 것이 가장 좋습니다.
또 다른 주요 목적은 전원 및 접지면 쌍에 들어가는 노이즈를 줄이고 EMI를 줄이는 것입니다. 두 가지 주요 문제로 인해 이 소음이 발생할 수 있습니다. 하나는 적절한 전류를 제공하지 않아 일시적으로 IC 전원 핀의 전압을 낮추는 디커플링 커패시터입니다. 다른 하나는 고속 스위칭 신호가 있는 비아를 사용하여 전원과 접지면 사이에 전송되는 의도적인 전류입니다.
두 가지 기능을 기반으로 설계에 대한 디커플링 커패시터의 배치와 수를 선택해야 합니다. 종종 전체 보드에 커패시터를 분배하는 것이 가장 좋은 방법입니다. 사용할 IC 접지 및 전원 핀 근처에 커패시터를 배치해 보십시오. 가장 높은 값의 커패시턴스를 사용하는 것도 권장되며 모든 커패시터를 동일한 값으로 유지하는 것이 가장 좋습니다. 높은 ESR(등가 직렬 저항)과 일반 커패시터의 조합을 사용할 수도 있습니다.
접지는 모든 PCB 설계에서 필수적인 부분입니다. 모든 PCB 설계는 특정 접지 관행을 따라야 합니다. 다음은 접지할 때 기억해야 할 몇 가지 팁입니다.
첨부되지 않은 PCB 레이아웃에 아무것도 없는지 확인하십시오. 모든 열린 공간을 접지판에 연결하는 구리와 비아로 채우는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 모든 신호가 효율적으로 지상에 도달할 수 있는 구조화된 경로가 있는지 확인합니다.
많은 4레이어 보드와 마찬가지로 전용 접지 레이어가 있는 경우 해당 레이어에 경로 추적이 없는지 확인합니다. 경로 추적을 추가하여 접지 레이어를 분할하면 접지 전류 루프가 생성됩니다. 대신 그라운드 레이어가 전체 상태를 유지하도록 하십시오.
모든 PCB에는 모든 접지가 함께 모이는 단일 지점이 있어야 합니다. 종종 이것은 제품의 금속 프레임 또는 섀시입니다. 또한 보드의 전용 레이어일 수도 있습니다. 다양한 도체가 별과 다소 유사한 패턴으로 이 위치에서 확장되기 때문에 이 단일 지점을 종종 별 접지라고 합니다. 혼합 신호 애플리케이션에는 별점에서 만나는 별도의 아날로그 및 디지털 접지가 있는 별도의 아날로그 및 디지털 전원 공급 장치가 있을 수 있습니다.
접지 경로를 따라 비아 수를 최소화하고 구성 요소 접지를 가능한 한 접지면에 직접 보내는 것이 가장 좋습니다. 보드에 추가 비아를 추가하면 추가 임피던스가 생성됩니다. 이 고려 사항은 임피던스 경로가 전압 차동이 되도록 할 수 있는 빠른 과도 전류에 특히 중요합니다.
접지는 라우팅 전에 설계해야 합니다. 접지는 라우팅 프로세스의 기초이므로 접지를 올바르게 설계하는 것이 중요합니다. 접지가 잘못 설계되면 전체 장치가 위험에 처하지만 한 신호가 예상대로 작동하지 않는 경우는 그렇지 않습니다.
보드에서 전류가 흐르는 위치를 이해하면 적절한 접지를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 신호가 어디로 가는지와 반환 경로를 고려하는 것이 중요합니다. 신호의 송신 및 반환 경로는 동일한 전류를 가지며 이는 접지 바운스와 전력 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.
다중 보드 시스템에서 보드 간에 접지 연결을 보낼 때 동적 변동을 계획하는 것이 중요합니다. 장거리 케이블이 필요한 애플리케이션을 다룰 때 특히 중요합니다. 광학 절연체, 저전압 차동 신호 및 공통 모드 초크는 분산을 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다.
아날로그 및 디지털 신호를 함께 처리할 때 계획에 주의해야 합니다. ADC(아날로그-디지털 변환기) 및 디지털-아날로그 변환기를 포함하여 보드의 아날로그 부분은 격리된 상태로 유지해야 합니다. ADC의 접지를 PCB의 다른 섹션에 디지털 신호를 전달할 수 있는 공통 접지 지점에 다시 연결할 수 있습니다.
적절한 접지는 모든 PCB에 대한 중요한 고려 사항입니다. 이 개념을 둘러싸고 종종 혼동이 있으며 구현이 어려울 수 있습니다. 설계의 전류 흐름을 이해하고 이 문서에 설명된 몇 가지 사례와 기술을 사용하면 도움이 될 수 있습니다.
Millennium Circuits와 같은 경험이 풍부한 PCB 공급업체와 협력하는 것도 도움이 될 수 있습니다. 당사는 귀하의 애플리케이션에 적합한 접지 기술을 사용하는 PCB를 받을 수 있도록 도와드릴 수 있습니다. 질문이 있거나 다음 프로젝트를 위한 완벽한 PCB를 찾는 데 도움이 필요하면 저희에게 연락하십시오. 지금 바로 시작하려면 빠른 견적을 요청하세요.
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산업기술
PCB라고도 하는 인쇄 회로 기판은 오늘날 모든 전자 부품의 핵심을 형성합니다. 이 작은 친환경 부품은 일상적인 가전제품과 산업 기계 모두에 필수적입니다. PCB 설계 및 레이아웃은 모든 제품 기능의 중요한 구성 요소입니다. 이것이 장비의 성공 또는 실패를 결정합니다. 기술의 끊임없는 진화와 함께 이러한 디자인은 계속해서 발전해 왔습니다. 오늘날 이러한 설계의 복잡성과 기대치는 전기 엔지니어의 혁신 덕분에 새로운 수준에 도달했습니다. 최근 PCB 설계 시스템 및 기술의 발전은 업계 전반에 걸쳐 광범위한 영향을 미쳤습니다. 결과적
납은 쉽게 녹고 부식되기 쉬운 방수 금속으로 많은 용접 프로젝트에 이상적인 선택입니다. 납은 자동차 부품과 파이프에 많이 사용되지만 부적절하게 취급하면 유독합니다. 토치를 켜기 전에 해당 지역을 환기시키고 안전 장비를 착용하여 예방 조치를 취하십시오. 그런 다음 옥시아세틸렌 토치와 납 땜납 막대를 사용하여 결합을 완료합니다. 오래된 납 조각이든 새 납 조각이든 상관 없이 용접하여 강력하고 오래 지속되는 결합을 만드십시오. 납 용접이란 무엇입니까? 납 연소는 납 시트를 접합하는 데 사용되는 용접 공정입니다. 일반적으로 옥시아세틸