הגדרת GND: דברים שצריך לדעת

לעיתים, ייתכן שיש פער במתח או בזרם בחיבורים חשמליים. מצבים אלה אינם יוצאי דופן. הם אכן עלולים לגרום נזק מסוים למעגל. עם זאת, אחת הדרכים הטובות ביותר לפתור זאת היא שימוש בהארקה (GND) באלקטרוניקה.

GND הוא קיצור של grounding. למרות שהוא אינו מחובר ישירות לאדמה הפיזית, הוא חיוני לכל מעגל. כאן, המונח 'earthing' עלול לבלבל אתכם. עם זאת, אנו משתמשים במונח זה לעתים קרובות בחיווט מבנים.

GND בדרך כלל יוצר נתיב חזרה לזרם תקלה בלוח המעגלים. משמעות הדבר היא שאם במעגל המעגלים המודפס יש זרם תקלה כלשהו, ​​הוא יכול לפרוק אותו, מה שאינו משפיע על רכיבים אחרים. רוב לוחות המעגלים מסתמכים על GND. עם זאת, התקנים צפים או המופעלים על ידי סוללות יכולים לפעול ללא GND.

GND גם מבטיח את איכות האות. בואו ניקח דוגמה. אולי שמתם לב לרמקול מפציע בעבר. האם אתם יודעים למה זה קורה? כן, אתם צודקים. זה בעיקר בגלל הארקה לקויה.

הארקה היא בדרך כלל מסוגים רבים. הסוג הספציפי תלוי בדרך כלל בשימושיה. במאמר זה תלמדו על GND וסוגיה השונים. תלמדו גם על חשיבות ההארקה ויישומיה הרבים.

מדוע הארקה נכונה חיונית בתכנון PCB?

המטרה העיקרית של הארקה היא להגן על המכשירים האלקטרוניים מפני זרמי תקלה. עם זאת, היא נחוצה גם לאיכות האות, להפחתת רעש וליציבות המתח. ניתן למצוא סוגים שונים של הארקה המבוססים על שימושים שונים.

נניח שאתם מתכננים מעגל מודפס (PCB) ואינכם מספקים הארקה. מה יכול לקרות כשמעבירים דרכו חשמל? אם מעבירים את כמות המתח והזרם הנכונה, ייתכן שלא תשימו לב לבעיה כזו. עם זאת, בעיות כמו קפיצות מתח, לולאות הארקה או הפניות צפות יכולות להופיע בכל עת. עקב כך, רעש יכול להתרחש במעגל המודפס שלכם. בדרך זו, הרכיבים שלכם מתקלקלים בהדרגה לפני הזמן שנקבע להם. לכן, ייתכן שלא תקבלו את אורך החיים המתאים.

חשוב לציין שמעגלים בתדר גבוה דורשים נתיב חזרה בעל השראות נמוכה. אם זה לא נשמר, איכות האות לעולם לא תישמר. לכן, חיוני להשתמש במעגלים מודפסים מוארקים. במעגלים מודפסים רב-שכבתיים, מישור שלם נחוץ להארקה.

הארקה נכונה היא אחד הפתרונות העיקריים להשגת יציבות הספק. הארקה לקויה עלולה לגרום לקפיצות בקרקע. כאשר יותר ממעגל משולב אחד עובר במהירות, נוצר נחשול זרם פתאומי במישור ההארקה.

כמו כן, אם יש השראות ועכבה גבוהה בנתיב ההארקה, תהיה ירידת מתח. מסיבות אלה, ניתן לראות חוסר יציבות או תנודות בהספק באות. לכן, יש לוודא הארקה נאותה.

טכניקות הארקה נפוצות של PCB בתכנון PCB

כפי שצוין קודם לכן, סוג ההארקה יכול להשתנות בהתאם לצורך, שיכול לנבוע גם מדרישות תכנון המעגל המודפס. להלן שבעה סוגי הארקה המשמשים במעגלים מודפסים (PCBs).

#1 הארקה בנקודה אחת

כפי שניתן להבין מהשם, הארקות אלו מסתיימות בנקודה אחת. כל מסלול הארקה של המעגל המודפס נפגש בנקודת הארקה. ניתן לראות אותן בעיקר במעגלים בתדר נמוך.

#2 הארקה רב-נקודתית

סוג זה של הארקה כולל יותר מנקודת הארקה אחת. נקודות הארקה אלו נוצרות על סמך צרכים או מיקומים של רכיבים שונים. סוג זה של הארקה (GND) נפוץ יותר במעגלים מודפסים (PCB) בתדר גבוה.

#3 מישור הארקה

סוג זה של הארקה משתמש במישור שלם של המעגל המודפס (PCB). בדרך כלל מדובר בשכבה גדולה, צפופה ומוליכה. מעגלים מודפסים רב-שכבתיים משתמשים בסוג זה של הארקה.

#4 כוכבים הארקה

המערכת מחברת את כל חיבורי ההארקה בתבנית דמוית כוכב. תפקידה העיקרי הוא לחסום צימוד רעשים בין תת-מעגלים. סוג זה של הארקה מתאים למערכות אנלוגיות ואודיו רגישות.

#5 יציקות טחונות

יציקת הארקה היא שטח גדול מלא בנחושת. היא מתחברת לאדמה ומבטיחה זרימה לרכיבים אחרים. סוג זה של GND אידיאלי לפיזור חום והפחתת EMI.

#6 עקבות שמירה

סוג זה של הארקה ממוקם ליד קו האות. מיקום ייחודי זה מפחית בעיקר רעש ומונע מעבר בין אות (crosstalk). סוג הארקה זה אידיאלי עבור מכשירים בעלי עכבה גבוהה או אותות רגישים.

#7 משטח הארקה מפוצל

סוג זה של הארקה נמצא בחלקים שונים של לוחות מעגלים. חיבורי ההארקה ממוקמים במצבים מבודדים לאורך המעגל. הוא משתמש בהארקה אנלוגית, דיגיטלית וחשמלית נפרדת כדי להפחית הפרעות.

שיטות עבודה מומלצות להארקת PCB בעת תכנון PCB

יחד עם כללים אחרים, מיקום ה-GND במיקום הנכון הוא קריטי גם בעת תכנון PCB. הנה כמה טיפים שתוכלו לקחת בחשבון בעת ​​תכנון ה-PCB שלכם.

#1. ניתן להשתמש במישור הארקה מוצק אם המעגל המודפס (PCB) דורש איכות אות בעלת ביצועים גבוהים. כידוע, מישור הארקה מוצק נראה לעתים קרובות בערימה של מעגלים מודפסים רב-שכבתיים.

#2 אם למעגל המעגל המודפס (PCB) שלכם יש מעגלים אנלוגיים או מעגלים בעלי אותות מעורבים רגישים, תוכלו להפחית לולאות הארקה. במקרה זה, תוכלו להפריד בין נתיבי החזרה של זרם גבוה ונמוך. בדרך זו תוכלו להימנע מהארקה משולבת (daisy-chained).

#3 אם המעגל המודפס שלכם כולל מעגלים משולבים עם פינים, קיימת אפשרות גבוהה ליצירת רעש תדר. במצבים כאלה, ניתן לייצב את המתח שלהם על ידי הצבת קבלי עוקף קרובים ככל האפשר.

#4 אם המעגל המודפס שלכם דורש הארקה בעלת עכבה נמוכה, ניתן גם לנתב את הארקה בשכבה אחת. ניתן להשתמש ב-Via כדי להפחית את ההשראות אם למעגל המודפס יש ערימה רב-שכבתית.

#5 חלק מהמעגלים המודפסים כוללים אותות מעורבים, כמו אנלוגי ודיגיטלי, יחד. במצבים כאלה, ניתן להשתמש בטכניקת הארקה בכוכבית.

#6 חלק מהמעגלים המודפסים כרוכים בעומסי זרם דינמיים. במצבים כאלה, ניתן לשקול שימוש במסלולים עבים יותר עבור GND.

#7 אם למעגל המעגל המודפס שלכם יש מעגלי מתח גבוה, תוכלו לשפר את הבטיחות ובידוד הרעשים. במצבים כאלה, משטח הארקה נפרד הוא אידיאלי.

<br> סיכום

GND הוא אחד החלקים הקריטיים ביותר במעגל מודפס (PCB). הוא בדרך כלל הכרחי לבטיחות, איכות אות ויציבות מתח. המאמר לעיל הזכיר סוגים שונים של GND במעגל מודפס. הוא גם סיכם כמה טיפים שיש לקחת בחשבון בעת ​​תכנון GND באלקטרוניקה.

לפניות נוספות, אתם מוזמנים צור קשר ללא כל היסוס.