專利名稱：具有隔離式接地的電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子電路，尤其涉及一種具有隔離式接地的電子電路。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的發(fā)展，電子器件的功能越來越強(qiáng)大，制造工藝也不斷升級，采用低電壓、大電流工作的芯片大量出現(xiàn)，推動了PWM(Pulse WideModulation，脈沖寬度調(diào)制)降壓型電壓控制芯片的廣泛應(yīng)用。
PWM芯片和MOSFET(metallic oxide semiconductor field effecttransistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、電感、電容等一起，組成PWM開關(guān)電源電路，為電子器件提供所需的各種電壓，成為電子系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。PWM開關(guān)電源電路在提供低電壓、大電流的同時(shí)，也對PCB(Printed Circuit Board，印刷電路板)的設(shè)計(jì)，特別是對接地處理提出了很高的要求。如果PCB板上的PWM芯片受到來自地平面的干擾，PWM開關(guān)電源電路的輸出電壓會附帶強(qiáng)噪聲，影響后級受電芯片工作。當(dāng)?shù)仄矫嬖胍暨^強(qiáng)時(shí)，會導(dǎo)致PWM芯片工作異常。
在現(xiàn)有技術(shù)中，PWM開關(guān)電源電路在印刷電路板上的接地處理如圖l所示。PWM開關(guān)電源電路包括PWM芯片、場效應(yīng)管M1、場效應(yīng)管M2和輸出濾波電路，其中，PWM芯片的電源端子VIN與外部電源Vin相連，接地端子GND連接到地平面110的A點(diǎn)，第一控制信號輸出端子TS(Top Side)與第二控制信號輸出端子BS(Bottom Side)分別連接到場效應(yīng)管M1和場效應(yīng)管M2的柵極，用于控制這兩個場效應(yīng)管的導(dǎo)通和截止；場效應(yīng)管M1的漏級連接到外部電源Vin，源級連接到場效應(yīng)管M2的漏級并與輸出濾波電路中電感L1的一端相連；場效應(yīng)管M2的源級連接到地平面110的B點(diǎn)；輸出濾波電路由電感L1和電容C1組成，電感L1一端連接到場效應(yīng)管M1的源極和場效應(yīng)管M2的漏極，另一端與PWM開關(guān)電源電路的輸出端Vout相連，并通過電容C1連接到地平面110的C點(diǎn)。
PWM開關(guān)電源電路工作時(shí)，場效應(yīng)管M2處于周期性的導(dǎo)通狀態(tài)，造成B點(diǎn)及B點(diǎn)附近的地處于浮動狀態(tài)，噪音相當(dāng)強(qiáng)烈。B點(diǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)噪音沿地平面110擴(kuò)散，到達(dá)A點(diǎn)。PWM芯片對外部工作環(huán)境敏感，對輸入電源和地平面要求很高。當(dāng)A點(diǎn)的地電位受到強(qiáng)烈噪聲影響時(shí)，PWM芯片的輸出信號會附帶強(qiáng)噪音，使得PWM開關(guān)電源電路的輸出電壓品質(zhì)下降。
為了降低PWM開關(guān)電源電路輸出電壓的噪音，通常采用兩種方法一種是在輸出濾波電路中選用大感值的電感作為L1，另一種是在輸出濾波電路中選用ESR(Effective Series Resistance，有效串聯(lián)電阻)值低的電容作為C1。
不論采用上述哪種方法，實(shí)質(zhì)上都是增強(qiáng)了輸出濾波電路的功能，只能被動地減緩PWM開關(guān)電源電路輸出的噪音。由于無法減小來自地平面的干擾，這樣的方法不能大幅度地降低輸出電壓的噪音。通常情況下，當(dāng)?shù)仄矫嫔系脑胍魹?00～500mV時(shí)，PWM開關(guān)電源電路的輸出信號上附帶的噪音會到達(dá)200～500mV。同時(shí)，這種方法還增加了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有電子電路地平面中噪音傳播對噪音敏感器件干擾的問題。
本發(fā)明所述電子電路包括隔離式接地的電子器件、非隔離式接地的電子器件、單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面，其中所述隔離式接地的電子器件的接地端子與所述單獨(dú)的地平面連接；所述非隔離式接地的電子器件的接地端子與所述統(tǒng)一的地平面連接；所述單獨(dú)的地平面與所述統(tǒng)一的地平面單點(diǎn)連接。
優(yōu)選地，所述單獨(dú)的地平面與統(tǒng)一的地平面之間單點(diǎn)連接的寬度由所述單獨(dú)的地平面上接地的電子器件的功耗決定。
優(yōu)選地，該電子電路是一種開關(guān)電源電路，其中所述隔離式接地的電子器件包括脈沖寬度調(diào)制PWM電壓控制芯片；所述非隔離式接地的電子器件包括場效應(yīng)管和濾波電容。
本發(fā)明提供的另一種電子電路，包括隔離式接地的電子器件、非隔離式接地的電子器件、單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面，其中所述隔離式接地的電子器件的接地端子與所述單獨(dú)的地平面連接；所述非隔離式接地的電子器件的接地端子與所述統(tǒng)一的地平面連接；所述單獨(dú)的地平面在所述統(tǒng)一的地平面內(nèi)以分割線為邊界，并與所述統(tǒng)一的地平面單點(diǎn)連接。
優(yōu)選地，所述單獨(dú)的地平面與統(tǒng)一的地平面之間單點(diǎn)連接的寬度由所述單獨(dú)的地平面上接地的電子器件的功耗決定。
優(yōu)選地，所述分割線的寬度為10密耳。
優(yōu)選地，所述電子電路是一種開關(guān)電源電路，其中所述隔離式接地的電子器件包括脈沖寬度調(diào)制PWM電壓控制芯片；所述非隔離式接地的電子器件包括場效應(yīng)管和濾波電容。
本發(fā)明通過設(shè)置單獨(dú)的地平面并在單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面之間采用單點(diǎn)連接，使地平面中的噪音難以通過單點(diǎn)連接處在單獨(dú)的地平面內(nèi)形成回流途徑，從而能夠在單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面之間有效隔離噪音，并且，本發(fā)明不會增加制造成本。
本發(fā)明還提供了以分割線劃分單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面的印刷電路板，在不修改已有的PCB板布局設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以取得與上述相同的技術(shù)效果。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中PWM電源電路的接地示意圖；圖2所示為本發(fā)明中PCB的地平面示意圖；圖3所示為本發(fā)明第一實(shí)施例的接地示意圖；圖4所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的接地示意圖。
具體實(shí)施例方式
如前所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，對于某一電子電路模塊，其上所有電子器件的接地端子都直接連接到一個完整的地平面上。這樣，一些電子器件在工作時(shí)在地平面上產(chǎn)生的噪音和/或PCB板上其他噪音源產(chǎn)生的噪音在完整的地平面上形成噪音信號回流，對其他電子器件造成干擾。
因此，要為一部分對地平面噪音敏感的電子器件隔離來自PCB地平面的噪音信號，本發(fā)明采用的方法是令噪音信號避免通過這些電子器件在PCB地平面的接地點(diǎn)回流，從而有效降低這些電子器件接地點(diǎn)的噪音。
本發(fā)明中，將現(xiàn)有技術(shù)中完整的地平面中分為統(tǒng)一的地平面和至少一個單獨(dú)的地平面，在統(tǒng)一的地平面與每個單獨(dú)的地平面之間采用單點(diǎn)連接。其中，單獨(dú)的地平面為分割出的小塊地平面。單獨(dú)的地平面主要用來連接需要隔離地平面噪音的電子器件的接地端子，統(tǒng)一的地平面用來連接PCB板上其他電子器件的接地端子。
這樣，當(dāng)統(tǒng)一的地平面內(nèi)產(chǎn)生的噪音信號在沿著統(tǒng)一的地平面?zhèn)鞑サ脚c單獨(dú)的地平面的單點(diǎn)連接處時(shí)，由于噪聲信號難以通過被分割出的小塊地找到回流途徑，或者說很難通過單獨(dú)的地平面這樣的小塊地完成信號回流，因而噪音信號只會在統(tǒng)一的地平面內(nèi)尋找回流途徑，因此只會對單獨(dú)的地平面造成極其有限的干擾。而單獨(dú)的地平面通過與統(tǒng)一的地平面之間的單點(diǎn)連接，可以使連接到單獨(dú)的地平面上的電子器件的信號流向統(tǒng)一的地平面。
由上可見，本發(fā)明將單獨(dú)的地平面與統(tǒng)一的地平面在一定程度上隔離開來，只通過單點(diǎn)連接來實(shí)現(xiàn)完整地平面的等電位，從而對連接在單獨(dú)的地平面上的電子器件進(jìn)行隔離式接地，有效地隔離了統(tǒng)一的地平面上的噪音。
相應(yīng)地，根據(jù)工作時(shí)對地平面噪音的敏感程度和與PCB布線相關(guān)的綜合考慮，將PCB上的電子器件分為隔離式接地的電子器件和非隔離式接地的電子器件，對應(yīng)地將其接地端子連接到單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面。每個隔離式接地的電子器件可以連接到一個單獨(dú)的地平面上，根據(jù)實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)需求允許的條件下，也可以將兩個或兩個以上需要隔離的電子器件連接到同一個單獨(dú)的地平面上，當(dāng)然前提是這些需要隔離的電子器件之間的噪音干擾很小，或者說是設(shè)計(jì)者可以接受的。在一些具有特殊要求的設(shè)計(jì)中，例如要求某個不需要隔離的電子器件的接地點(diǎn)與某個需要隔離地平面噪音的電子器件的接地點(diǎn)非?？拷?，這種情況下如果不需要隔離的電子器件產(chǎn)生的地平面噪音在可以接受的范圍內(nèi)，也可以將上述兩個電子器件的接地端子都連接到一個單獨(dú)的地平面上。
請參見圖2所示的地平面示意圖，地平面分為統(tǒng)一的地平面210、單獨(dú)的地平面221、222和223。單獨(dú)的地平面221和222中分別各有一個接地點(diǎn)231和232，單獨(dú)的地平面223中有兩個接地點(diǎn)233和234，其中接地點(diǎn)231、232、234分別連接到三個需要隔離地平面噪音干擾的電子器件，而接地點(diǎn)233則因需要和統(tǒng)一地平面210隔離并且由于其他原因需要和接地點(diǎn)234盡量靠近，同樣也設(shè)在單獨(dú)的地平面223上。在這種情況下，要確保連接到接地點(diǎn)233和234上的兩個電子器件在單獨(dú)的地平面223上互相的噪音干擾是電路設(shè)計(jì)需求可以容忍的。
本發(fā)明對單獨(dú)的地平面的面積大小和形狀沒有要求，只要可以滿足連接到該單獨(dú)的地平面上的電子器件的接地要求即可。單點(diǎn)連接處的連接寬度應(yīng)該盡可能的小，但同時(shí)受到連接在該單獨(dú)的地平面上的電子器件功耗的限制，功耗越大，連接寬度越寬。當(dāng)連接在該單獨(dú)的地平面上的電子器件的總工作電流為1A(安培)時(shí)，開口寬度為10至20mil(密耳)，這樣的寬度可以保證該電子器件具有良好的接地效果，同時(shí)能夠較好地隔離來自統(tǒng)一的地平面的噪音。
本發(fā)明的第一實(shí)施例以PWM開關(guān)電源電路為例，其原理圖請參見圖3。在PWM開關(guān)電源電路中，PWM芯片為隔離式接地的電子器件，場效應(yīng)管M2和濾波電容C1為非隔離式接地的電子器件。PCB板上的地平面由統(tǒng)一的地平面310和單獨(dú)的地平面320組成，PWM芯片在單獨(dú)的地平面320內(nèi)的A點(diǎn)接地，場效應(yīng)管M2和濾波電容C1分別在統(tǒng)一的地平面310上的B點(diǎn)和C點(diǎn)接地。統(tǒng)一的地平面310和單獨(dú)的地平面320在D點(diǎn)單點(diǎn)連接。
由于場效應(yīng)管M2的接地點(diǎn)B點(diǎn)是PWM開關(guān)電源電路在地平面中產(chǎn)生噪音的重要來源，因此D點(diǎn)最好能放在離B點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的地方。同時(shí)，當(dāng)電容C1的濾波性能良好時(shí)，D點(diǎn)可以選在C點(diǎn)附近，以取得更好的濾波效果。
當(dāng)統(tǒng)一的地平面310上的噪音仍為200～500mV時(shí)，PWM開關(guān)電源電路的輸出信號上附帶的噪音只有20～50mV?？梢姡景l(fā)明在不增加制造成本的基礎(chǔ)上對隔離噪音取得了顯著的效果。
圖4所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的接地示意圖，仍以PWM開關(guān)電源電路為例。在第二實(shí)施例中，沒有對現(xiàn)有技術(shù)中PCB板上已有地平面的布局，而是以分割線為邊界，在PWM芯片的接地點(diǎn)A點(diǎn)四周形成單獨(dú)的地平面，分割線構(gòu)成的邊界不閉合，在D點(diǎn)留一個窄的開口，形成單獨(dú)的地平面與統(tǒng)一的地平面之間的單點(diǎn)連接。
場效應(yīng)管的接地點(diǎn)B點(diǎn)產(chǎn)生的噪音，或PCB板上其它噪音源產(chǎn)生的噪音不能夠經(jīng)過PWM芯片的接地點(diǎn)A點(diǎn)回流，從而避免地平面噪音對PWM芯片的干擾。而PWM芯片輸出到地的電流，可以直接經(jīng)過D點(diǎn)送出。
與第一實(shí)施例中相同，D點(diǎn)最好選在遠(yuǎn)離場效應(yīng)管的接地點(diǎn)B點(diǎn)和靠近濾波電容的接地點(diǎn)C點(diǎn)的位置。
本實(shí)施例中以分割線形成單獨(dú)的地平面的方法可以應(yīng)用于其他的印刷電路板。采用這種方式不需要更改已有的PCB布局設(shè)計(jì)，只要在需要隔離地平面噪音的電子器件的接地點(diǎn)周圍增加分割線即可，極大地簡化了應(yīng)用本發(fā)明的工作量。
本發(fā)明中，對單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面之間的分割線的寬度沒有特別要求，能夠較好地隔離信號即可，推薦值為10mil。
可見，本發(fā)明通過單點(diǎn)連接單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面，從根本上隔離了地平面的絕大部分噪音回流，有效地防止了對在單獨(dú)的地平面上接地的電子器件的干擾。而且，本發(fā)明普遍適用于各種PCB板，電路穩(wěn)定可靠。同時(shí)，本發(fā)明不需要額外的器件，只需要對PCB板的地平面進(jìn)行修改即可，對PCB板所在電子電路的整體成本沒有影響。
以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電子電路，其特征在于，包括隔離式接地的電子器件、非隔離式接地的電子器件、單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面，其中所述隔離式接地的電子器件的接地端子與所述單獨(dú)的地平面連接；所述非隔離式接地的電子器件的接地端子與所述統(tǒng)一的地平面連接；所述單獨(dú)的地平面與所述統(tǒng)一的地平面單點(diǎn)連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的電子電路，其特征在于所述單獨(dú)的地平面與統(tǒng)一的地平面之間單點(diǎn)連接的寬度由所述單獨(dú)的地平面上接地的電子器件的功耗決定。
3.按照權(quán)利要求1所述的電子電路，其特征在于該電子電路是一種開關(guān)電源電路，其中所述隔離式接地的電子器件包括脈沖寬度調(diào)制PWM電壓控制芯片；所述非隔離式接地的電子器件包括場效應(yīng)管和濾波電容。
4.一種電子電路，其特征在于，包括隔離式接地的電子器件、非隔離式接地的電子器件、單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面，其中所述隔離式接地的電子器件的接地端子與所述單獨(dú)的地平面連接；所述非隔離式接地的電子器件的接地端子與所述統(tǒng)一的地平面連接；所述單獨(dú)的地平面在所述統(tǒng)一的地平面內(nèi)以分割線為邊界，并與所述統(tǒng)一的地平面單點(diǎn)連接。
5.按照權(quán)利要求4所述的電子電路，其特征在于所述單獨(dú)的地平面與統(tǒng)一的地平面之間單點(diǎn)連接的寬度由所述單獨(dú)的地平面上接地的電子器件的功耗決定。
6.按照權(quán)利要求4所述的電子電路，其特征在于所述分割線的寬度為10密耳。
7.按照權(quán)利要求4所述的電子電路，其特征在于所述電子電路是一種開關(guān)電源電路，其中所述隔離式接地的電子器件包括脈沖寬度調(diào)制PWM電壓控制芯片；所述非隔離式接地的電子器件包括場效應(yīng)管和濾波電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有隔離式接地的電子電路，包括隔離式接地的電子器件、非隔離式接地的電子器件、單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面，其中所述隔離式接地的電子器件的接地端子與所述單獨(dú)的地平面連接；所述非隔離式接地的電子器件的接地端子與所述統(tǒng)一的地平面連接；所述單獨(dú)的地平面與所述統(tǒng)一的地平面單點(diǎn)連接。本發(fā)明使地平面中的噪音難以通過單點(diǎn)連接處在單獨(dú)的地平面內(nèi)形成回流途徑，從而能夠在單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面之間有效隔離噪音，并且，本發(fā)明不會增加制造成本。本發(fā)明還提供了一種以分割線劃分單獨(dú)的地平面和統(tǒng)一的地平面的印刷電路板，在不修改已有的印刷電路板布局設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以取得相同的技術(shù)效果。
文檔編號H02M1/00GK1725614SQ20051006326
公開日2006年1月25日 申請日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者沈明, 柳義利, 洪建明, 董樹國 申請人:杭州華為三康技術(shù)有限公司