3.3 數字地與PGND之間的橋接

PGND是板級的保護地,主要使用在IO端口區域，現代硬件設計中頻繁出現，主要為了EMC設計，在國外有人把這個(gè)地定義為”Quiet GND”，此地用于泄放EMC能量，比如Surge,比如ESD，比如外部系統進(jìn)來(lái)的能量和內部系統要出去的能量。

圖10所示是針對外部線(xiàn)纜的EMC設計，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器件就會(huì )有所不同。重點(diǎn)就是這部分能量我們不希望他流到系統內部，需要在IO端口處就解決問(wèn)題，這時(shí)候PGND的意義就非常重大。

圖11所示是針對內部線(xiàn)纜或內部信號的EMC設計，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內部，需要在IO端口處就解決問(wèn)題。

上面的兩種設計決定了我們的相關(guān)電路會(huì )有所側重，如前文所述，我們EMC不僅僅關(guān)心有用信號，還關(guān)心無(wú)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(wú)用信號的回流。在設計PGND之初，我們應該理解分地是為了隔離，為了避免相互之間的串擾，這是設計原始的目的。常見(jiàn)的隔離器件分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是線(xiàn)圈類(lèi)，一類(lèi)是光隔類(lèi)。理論上的完全隔離是不存在的，器件本身會(huì )有自身的特性參數，其中分布電容的存在，就會(huì )在高頻狀態(tài)下形成通路，從而導致隔離的失效?；谶@條通路的存在，我們需要為通過(guò)分布電容的無(wú)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(shí)戰上較為常見(jiàn)，那么如何選擇呢？在分析之前，我們首先要明白我們EMC設計是一個(gè)復雜的系統設計概念，你的任何一個(gè)設計會(huì )不會(huì )服從所有的測試項目，不能因為你的設計影響到其他的測試項，這一點(diǎn)需要一定的經(jīng)驗積累和產(chǎn)品的認知，你才能很好的平衡這些問(wèn)題。在設計之初我們就先行考慮這些問(wèn)題，或者根據產(chǎn)品的積累直接引用以前的設計。

電容橋接是用的最多的，他的優(yōu)點(diǎn)就是控制部分信號的回流，絕大部分不可以通過(guò)，電容值的選擇跟截止頻率相關(guān)，跟無(wú)用信號相關(guān)，比如RE、CE里的超標頻率點(diǎn)。由于外部線(xiàn)纜可能會(huì )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(shí)，除了考慮電容值，我們還要關(guān)心他的耐壓值，以適應工作環(huán)境。典型值為1000PF，耐壓1KV，后期可以根據需要做調整。

電容橋接除了應用在前面所述的因隔離而做的PGND與GND之間的劃分之外，還可以應用在因為ESD泄放而做的兩種地之間的劃分。這一應用在ESD設計里我們有詳細的描述。

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(guò)，而磁珠橋接是在磁珠響應頻段有一定的插損，通過(guò)增加回流阻抗，減小回路電流，實(shí)現對無(wú)用信號的控制。同樣他也是雙向的，PGND區的能量經(jīng)過(guò)磁珠有一定插損后再進(jìn)入GND區，GND區的能量也要經(jīng)過(guò)磁珠之后再進(jìn)入PGND區，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。當有大電流流過(guò)的時(shí)候，他的缺點(diǎn)就暴露出來(lái)，明顯沒(méi)有電容橋接安全。當GND區有敏感 信號時(shí)，這些地彈可能直接耦合到相關(guān)信號，而導致失效。

電阻橋接與磁珠橋接類(lèi)似，他更看重最低阻抗回流路徑，或者說(shuō)是最快速的能量釋放，當然他的應用也是比較特殊。

我們設計PGND區的目的前面已經(jīng)說(shuō)了很多，PGND最終回路是什么？我們是希望通過(guò)接地點(diǎn)與PE相連，形成最低阻抗路徑，這個(gè)接地點(diǎn)可以接地鏍柱，接地鏍釘，也可以通過(guò)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(lái)做的EMC設計，比如網(wǎng)口電路，電話(huà)口電路，早期的電路中，各有各的做法，常見(jiàn)的就是網(wǎng)口下部掏空，即使現在，有一些公司的產(chǎn)品還在引用這一次設計。對于EMC來(lái)講，只要你能通過(guò)諸多的測試，就是一個(gè)好電路，好方案，EMC從來(lái)不追求完美，不追求極致，我們要做的就是將能量平衡，預留適當的裕量，能通過(guò)標準要求即可。一個(gè)極致的方案，成本代價(jià)也是昂貴的，可以做來(lái)研究用，但不適用于量產(chǎn)。早期的ADSL Modem ,為了surge，都會(huì )特意留出一個(gè)PGND接地點(diǎn)，用于泄放。而我們國內大部分的家庭的強電并沒(méi)有接地線(xiàn)，這就導致設計上有接地線(xiàn)，而現場(chǎng)根本沒(méi)法接這一矛盾，所以這一設計漸漸的被取代，需要新的設計來(lái)滿(mǎn)足要求。對于有接地線(xiàn)的我們的策略會(huì )采用電容橋接設計，如果沒(méi)有接地線(xiàn)怎么辦？即我們大部分的II類(lèi) III類(lèi)設備帶有端口的PGND該如何設計？可不可以不設計？早期的設計經(jīng)驗告訴我們，沒(méi)有PGND的幫助，許多測試都很難通過(guò)，比如ESD、RE和CE。既然設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，是為了微調一些測試項目線(xiàn)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 ,他的結構是塑料。后期的debug大部分時(shí)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，設計成一個(gè)地，為什么還要勞神費勁？其實(shí)電阻橋接是由電容橋接演變而來(lái)，過(guò)去的案例發(fā)現，一些電容的橋接，根本沒(méi)法達到設計要求，EMC設計工程師就通過(guò)最直接的辦法來(lái)整改設計，即電阻橋接，實(shí)現全頻段的通過(guò)，條件是必須按設計好的單一位置處回流。我們同時(shí)也發(fā)現當PGND不夠大，不足以消耗ESD能量時(shí)，這個(gè)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設計首選。而對于終端產(chǎn)品，我們要適當應用磁珠橋接和電阻橋接。

橋接本身意義重在橋，橋只能適量，不能超載運作，也預示著(zhù)通過(guò)橋的能量要是要一定條件的。我們設計中根據具體通過(guò)的載體來(lái)做具體的設計，成熟的產(chǎn)品可以引用延用以前的設計，但需要明白其中的原理和原因。