Elektronisches Design - EMI, EMV, SI, PI und andere Faktoren im PCB-Design

Dem EWI Aufmerksamkeit zu schenken, EMV, SI, PI und andere Faktoren in PCB-Design. Leiterplatte Design sollte die Anforderungen der Interferenzsicherung vollständig berücksichtigen und erfüllen. Es gibt drei grundlegende Elemente der Interferenz:

(1) Interferenzquelle bezieht sich auf das Bauteil, die Ausrüstung oder das Signal, das Interferenzen erzeugt. Es wird in mathematischer Sprache wie folgt beschrieben: du/dt, der Ort, an dem di/dt groß ist, ist die Störquelle. So können Blitze, Relais, Thyristoren, Motoren, Hochfrequenz-Uhren usw. zu Störquellen werden.

(2) Ausbreitungspfad bezieht sich auf den Pfad oder das Medium, durch das sich die Störung von der Störquelle auf das empfindliche Gerät ausbreitet. Der typische Störausbreitungsweg ist die Leitung durch Drähte und Strahlung aus dem Weltraum.

(3) Empfindliche Geräte beziehen sich auf Objekte, die leicht gestört werden. Wie: A/D, D/A-Wandler, Einzelchip-Mikrocomputer, digitaler IC, schwacher Signalverstärker, etc.

Das Grundprinzip des Anti-Interferenz-Designs ist: Unterdrücken Sie die Störquelle, schneiden Sie den Störausbreitungsweg ab und verbessern Sie die Anti-Interferenz-Leistung empfindlicher Geräte. (Ähnlich wie bei der Prävention von Infektionskrankheiten)

1 Unterdrücken Sie die Störquelle – um die Störquelle zu unterdrücken, müssen Sie die du/dt, di/dt der Störquelle so weit wie möglich reduzieren. Dies ist das priorisierteste und wichtigste Prinzip im Anti-Jamming-Design, und es hat oft den Effekt, das doppelte Ergebnis mit halbem Aufwand zu erhalten. Die Reduzierung des du/dt der Störquelle wird hauptsächlich durch den parallelen Anschluss von Kondensatoren an beiden Enden der Störquelle erreicht. Die Reduzierung der Di/dt der Störquelle wird erreicht, indem Induktivität oder Widerstand in Reihe mit der Störquellenschleife verbunden und eine Freilaufdiode hinzugefügt wird. Gemeinsame Maßnahmen zur Unterdrückung von Störquellen sind wie folgt:

(1) Die Relaisspule fügt eine Freilaufdiode hinzu, um die Interferenz der hinteren elektromotorischen Kraft zu beseitigen, die beim Trennen der Spule erzeugt wird. Nur das Hinzufügen einer Freilaufdiode verzögert die Ausschaltzeit des Relais. Nach dem Hinzufügen einer Zenerdiode kann das Relais mehrmals pro Zeiteinheit arbeiten.

(2) Schließen Sie einen Funkenunterdrückungskreislauf parallel an beiden Enden des Relaiskontakts an (normalerweise eine RC-Reihenschaltung, der Widerstand wird im Allgemeinen von einigen K zu Dutzenden K ausgewählt, und die Kapazität ist 0.01uF), um den Einfluss von elektrischen Funken zu reduzieren.

(3) Fügen Sie einen Filterkreis zum Motor hinzu und beachten Sie, dass der Kondensator und die Induktivitätsleitungen so kurz wie möglich sein sollten.

(4) Jeder IC auf der Leiterplatte sollte parallel mit einem 0.01μF～0.1μF Hochfrequenzkondensator verbunden werden, um den Einfluss des IC auf die Stromversorgung zu reduzieren. Beachten Sie, dass die Verdrahtung von Hochfrequenzkondensatoren nahe am Stromanschluss und so kurz wie möglich sein sollte. Andernfalls wird der äquivalente Reihenwiderstand des Kondensators erhöht und der Filtereffekt beeinträchtigt.

(5) Vermeiden Sie 90-Grad-Faltlinien bei der Verdrahtung, um die hochfrequente Geräuschemission zu reduzieren.

(6) Beide Enden des Thyristors sind parallel mit einem RC-Unterdrückungskreislauf verbunden, um das vom Thyristor erzeugte Rauschen zu reduzieren (dieses Rauschen kann den Thyristor brechen). Entsprechend dem Ausbreitungsweg der Störung kann es in zwei Arten unterteilt werden: geführte Störung und abgestrahlte Störung. Die sogenannte leitungsgeführte Störung bezieht sich auf die Störung, die sich über Drähte auf empfindliche Geräte ausbreitet. Die Frequenzbänder von hochfrequentem Störrauschen und nützlichen Signalen sind unterschiedlich. Sie können die Ausbreitung von hochfrequenten Störgeräuschen unterbinden, indem Sie einen Filter auf dem Draht hinzufügen, und manchmal können Sie einen Isolations-Optokoppler hinzufügen, um es zu lösen. Stromgeräusche sind am schädlichsten, achten Sie daher besonders auf die Handhabung. Die sogenannte Strahlungsstörung bezieht sich auf die Störung, die sich durch Weltraumstrahlung auf empfindliche Geräte ausbreitet. Die allgemeine Lösung besteht darin, den Abstand zwischen der Störquelle und dem empfindlichen Gerät zu erhöhen, sie mit einem Erdungskabel zu isolieren und eine Abschirmung auf dem empfindlichen Gerät hinzuzufügen.

2 Gemeinsame Maßnahmen zur Abschaltung des Störausbreitungsweges sind wie folgt:

(1) Berücksichtigen Sie die Auswirkungen der Stromversorgung auf den Mikrocontroller vollständig. Wenn die Stromversorgung gut gemacht wird, wird die Störfestigkeit der gesamten Schaltung mehr als die Hälfte gelöst. Viele Single-Chip-Computer sind sehr empfindlich auf Stromversorgungsgeräusche, so dass es notwendig ist, eine Filterschaltung oder einen Spannungsregler zur Stromversorgung des Single-Chip-Mikrocomputers hinzuzufügen, um die Störung des Netzteilrauschens auf den Single-Chip-Mikrocomputer zu reduzieren. Zum Beispiel können Magnetperlen und Kondensatoren verwendet werden, um einen π-förmigen Filterkreis zu bilden. Natürlich können 100Ω Widerstände anstelle von Magnetperlen verwendet werden, wenn die Bedingungen nicht hoch sind.

(2) Wenn der I/O-Port des Single-Chip-Mikrocomputers zur Steuerung von Rauschgeräten wie Motoren verwendet wird, sollte zwischen dem I/O-Port und der Rauschquelle eine Trennung hinzugefügt werden (fügen Sie einen π-förmigen Filterkreis hinzu). Um Rauschgeräte wie Motoren zu steuern, sollte eine Trennung zwischen dem I/O-Port und der Rauschquelle hinzugefügt werden (fügen Sie einen π-förmigen Filterkreis hinzu).

(3) Achten Sie auf die Verkabelung des Kristalloszillators. Der Kristalloszillator ist so nah wie möglich an den Pins des Mikrocontrollers, der Taktbereich ist mit einem Massedraht isoliert und die Kristalloszillatorschale geerdet und fixiert. Diese Maßnahme kann viele schwierige Probleme lösen.

(4) Angemessene Aufteilung der Leiterplatte, wie starke und schwache Signale, digitale und analoge Signale. Halten Sie Störquellen (wie Motoren, Relais) so weit wie möglich von empfindlichen Komponenten (wie Mikrocontrollern) fern.

(5) Trennen Sie den digitalen Bereich vom analogen Bereich mit einem Erdungskabel, trennen Sie die digitale Masse von der analogen Masse und schließen Sie sie schließlich an einem Punkt mit der Stromerde an. Auch die Verdrahtung von A/D- und D/A-Chips basiert auf diesem Prinzip, und Hersteller haben diese Anforderung bei der Zuweisung von A/D- und D/A-Chippinanordnungen berücksichtigt.

(6) Die Erdungskabel des Einzelchip-Mikrocomputers und der Hochleistungsgeräte sollten getrennt geerdet werden, um gegenseitige Interferenzen zu reduzieren. Platzieren Sie Hochleistungsgeräte so weit wie möglich am Rand der Leiterplatte.

(7) Die Verwendung von Anti-Interferenz-Komponenten wie magnetische Perlen, magnetische Ringe, Leistungsfilter und Schirme an Schlüsselstellen wie MCU-I/O-Port, Netzkabel und Leiterplattenanschlussleitung kann die Anti-Interferenz-Leistung der Schaltung erheblich verbessern.

3 Verbesserung der Störschutzleistung empfindlicher Geräte Die Verbesserung der Störschutzleistung empfindlicher Geräte bezieht sich auf die Methode, die Aufnahme von Störgeräuschen von der empfindlichen Geräteseite zu minimieren und sich so schnell wie möglich von anormalen Bedingungen zu erholen. Gemeinsame Maßnahmen zur Verbesserung der Interferenzschutzleistung empfindlicher Geräte sind wie folgt:

(1) Minimieren Sie den Loop Loop Bereich bei der Verdrahtung, um induziertes Rauschen zu reduzieren.

(2) Bei der Verdrahtung sollten der Stromdraht und der Erdungskabel so dick wie möglich sein. Neben der Verringerung des Spannungsabfalls ist es wichtiger, das Kupplungsgeräusch zu reduzieren.

(3) Für die idle-I/O-Ports des Single-Chip-Mikrocomputers nicht schwimmen, sondern geerdet oder an das Netzteil angeschlossen sein. Die Idle-Klemmen anderer ICs werden geerdet oder mit Strom verbunden, ohne die Systemlogik zu ändern.

(4) Die Verwendung von Stromversorgungsüberwachungs- und Watchdog-Schaltungen für Einzelchip-Mikrocomputer, wie IMP809, IMP706, IMP813, X25043, X25045, etc., kann die Anti-Interferenz-Leistung der gesamten Schaltung erheblich verbessern.

(5) Unter der Voraussetzung, dass die Geschwindigkeit die Anforderungen erfüllen kann, versuchen Sie, den Kristalloszillator des Einzelchip-Mikrocomputers zu reduzieren und digitale Schaltungen mit niedriger Geschwindigkeit auszuwählen.

(6) IC-Geräte sollten so viel wie möglich direkt auf die Leiterplatte gelötet werden, und IC-Buchsen sollten weniger verwendet werden.

PCB-Software:

1. Gewöhnen Sie sich daran, alle ungenutzten Coderäume auf "0" zu löschen, da dies NOP entspricht, die zurückgegeben werden kann, wenn das Programm läuft;

2. Fügen Sie ein paar NOPs vor der Sprunganweisung hinzu, der Zweck ist derselbe wie 1.3. Wenn es keine Hardware WatchDog gibt, kann Software verwendet werden, um WatchDog zu simulieren, um den Betrieb des Programms zu überwachen;

4. Wenn Sie sich mit der Einstellung oder Einstellung von externen Geräteparametern befassen, um zu verhindern, dass das externe Gerät Fehler aufgrund von Störungen macht, können die Parameter regelmäßig erneut gesendet werden, so dass das externe Gerät so schnell wie möglich in die richtige Position wiederhergestellt werden kann;

5. Anti-Interferenz in der Kommunikation, Datenprüfziffer kann hinzugefügt werden, und 3 von 2 oder 5 von 3 Strategien können angenommen werden; 6. Wenn es eine Kommunikationsleitung gibt, wie I^2C, Dreidrahtsystem usw., in der Praxis, fanden wir, dass die Datenleitung, CLK-Leitung, INH-Leitung normalerweise auf hoch eingestellt ist, ist ihr Anti-Interferenz-Effekt besser als sie auf niedrig einzustellen.

Hardware-Aspekt:

1. Der Erdungskabel und der Stromdraht müssen wichtig sein!

2. Entkopplung der Leitung;

3. Trennung von digitalem und Modellboden;

4. Jede digitale Komponente benötigt 104 Kondensatoren zwischen der Erde und der Stromversorgung;

5.In Anwendungen mit Relais, insbesondere bei hohen Strömen, können eine 104 und eine Diode zwischen den Relaisspulen kombiniert werden, und 472 Kondensatoren können indirekt zwischen den Kontakten und dem normalerweise offenen Ende sein. Die Wirkung ist gut!

6. Um das Übersprechen der I/O-Ports zu verhindern, können die I/O-Ports durch Diodenisolierung, Gate-Schaltungsisolierung, Opto-Paarisolierung, elektromagnetische Isolierung usw. isoliert werden;

7. Natürlich ist die Störfestigkeit der mehrschichtigen Platte definitiv besser als die der einseitigen Platte, aber die Kosten sind mehrmals höher.