PCB-Neuigkeiten - PCB-Design-Fähigkeiten für digitale Schaltungen

Mes die Verbesserung vauf IC Gerät Integrbeiiauf, die schrestwiristtttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttte Minibeiurisierung vauf Ausrüstung und die Zunahme Geschwindigkees vauf Geräte, (E)WI Probleme in elektraufisch Produkte haben werden mehr schwerwiegEnde. Vauf die Punkt vauf Ansicht von EMV/EWI Design von System Ausrüstung, richtig Hundhabung EMV/EWI Fragen in die PCB-Design Bühne von die Ausrüstung is die die meisten wirksam und niedrigste Kosten Mestel zu machen die System Ausrüstung Reichweese die elektromagnetisch Kompbeiibilesät Stundard. Dies Artikel führt ein EWI Steuerung Technologie in digital Schaltung PCB-Design.

1. Grundsbeiz von EWI Erzeugung und Unterdrückung

Die Erzeugung von EWI wird dadurch verursacht, dalss die elektromagnetische Störquelle Energie über den Kopplungspfad an dals empfindliche System überträgt. Es umfalsst drei Grundfodermen: Leitung über Draht oder Common Ground, Strahlung durch Raum oder Nahfeld-Kopplung. Die Gefahr von EWI manwennestiert sich in der Verringerung der Qualität des ÜbertragungsSignals, verursacht Störungen oder sogar Schäden an der Schaltung oder Ausrüstung, wodurch die Ausrüstung nicht in der Lage ist, die technischen Indexanfoderderungen zu erfüllen, die durch die Noderm für elektromagnetische Verträglichkeit festgelegt sind.

Um EWI zu unterdrücken, sollte dals EWI-Design von digitalen Schaltungen nach folgenden Prinzipien durchgeführt werden:

Entsprechend den einschlägigen EMV/EWI technischen Spezifikatieinen werden die Indikazuren in Einplatinenschaltungen zerlegt und auf verschiedenen Ebenen gesteuert.

Steuerung von den drei Elementen des EWI, nämlich Störquelle, Energiekopplungspfad und empfindliches System, so dalss die Schaltung einen flachen Frequenzgang hat und den nodermalen und stabilen Betrieb der Schaltung gewährleistet.

Beginnen Sie mit dem Frontend-Design der Ausrüstung, achten Sie auf dals EMV/EWI-Design und rotuzieren Sie die Designkosten.

2. EWI Steuertechnologie der digitalen Schaltungsplatine

Wann Hundel mit verschiedene Fürmulsind von EWI, spezifisch Probleme muss be analysiert in Detail. In die PCB-Design von digital Schaltungs, EWI kann be kontrolliert von die folgende Alspekte.

1. Geräteauswahl

Bei der Entwicklung von EWI müssen wir zuerst die Geschwindigkeit des ausgewählten Geräts berücksichtigen. Wenn in jeder Schaltung ein Gerät mit einer Anstiegszeit von 5ns durch ein Gerät mit einer Anstiegszeit von 2,5ns ersetzt wird, erhöht sich die EWI um etwa dals Vierfache. Die Strahlungsintensität des EWI ist propodertional zum Quadrat der Frequenz. Die höchste EWI-Frequenz ((fknee)) wird auch EWI-Emissionsbundbreite genannt. Es ist eine Funktion der Signalanstiegszeit anstatt der Signalfrequenz: fknee;0.35/Tr (wobei Tr die Signalanstiegszeit des Geräts ist)

Die Frequenz Bereich von dies abgestrahlt EWI is 30MHz zu mehrere GHz. In dies Frequenz bund, die Wellenlänge is sehr kurz, und auch sehr kurz Verkabelung on die Leiterplattekann werden a Übertragung Antenne. Wann die EWI is hoch, die Schaltung leicht verliert seine nodermal Funktion. Dierefüre, in die Auswahl von Geräts, unter die Prämisse von Sicherstellung Schaltung Leistung AnfBestellungungen, niedrig-Geschwindigkeit Chips sollte be verwendet als viel als möglich, und angemessen Fahren/Empfangen Schaltungen sollte be verwendet. In Zusatz, weil die Blei Stifte von die Gerät alle haben Paralsiten Induktivität und Paralsiten Kapazität, in Hochgeschwindigkeit Design, die Einfluss von die Gerät Paket Fürm on die Signal kann nicht be ignoderiert, weil it is auch an wichtig faczur in Erzeugung EWI Strahlung. Allegemein, die Paralsiten Parameter von die Patch Gerät sind kleiner als dalss von die Plug-in Gerät, und die Parasiten Parameter von die BGA Paket sind kleiner als dass von die QFP Paket.

2. Steckerauswahl und SignalklemmenDefinition

Der Stecker ist ein Schlüsselglied in der HochgeschwindigkeseineSignalübertragung und es ist auch ein schwaches Glied, das leicht EWI erzeugt. Mehr Massepunkte können im KlemmenDesign des Steckers angeoderdnet werden, um den Abstund zwischen dem Signal und der Masse zu verringern, den effektiven Signalschleifenbereich zu verringern, der Strahlung im Stecker erzeugt, und einen niederohmigen Rückweg bereitzustellen. Bei Bedarf sollten Sie einige SchlüsselSignale mit Massepunkten isolieren.

3. Laminierte Ausführung

Unter die Prämisse von Kosten Zulassung, Zunahme die Zahl von Boden Flugzeug Ebenen und Platzierung die Signal Ebene schließen zu die Boden Flugzeug Ebene kann Reduzieren EWI Strahlung. Für Hochgeschwindigkeseine-Leiterplatten, die Leistung Flugzeug und Boden Flugzeug sind eng gekoppelt, die kann Reduzieren die Leistung Versodergung Impedanz, dierevon Verringerung EWI.

4. Layraus

Entsprechend dem Signalstromfluss kann ein vernünftiges Layraus die Interferenzen zwischen Signalen reduzieren. Ein vernünftiges Layout ist der Schlüssel zur Steuerung von EWI. Die Grundprinzipien des Layouts sind:

Das analoge Signal wird leicht durch das digitale Signal gestört, und die analoge Schaltung sollte von der digitalen Schaltung getrennt werden;

Die Taktleitung ist die Hauptquelle für Störungen und Strahlung. Halten Sie sich von empfindlichen Schaltkreisen fern und halten Sie die Taktleitung am kürzesten;

Hochstromkreise mit hoher Leistung sollten so weit wie möglich im zentralen Bereich der Platine vermieden werden, und die Auswirkungen der Wärmeableitung und Strahlung sollten berücksichtigt werden;

Der Stecker sollte auf einer Seite der Platine so weit wie möglich und weit weg von der Hochfrequenzschaltung angeordnet sein;

Die Eingangs-/Ausgangsschaltung befindet sich in der Nähe des entsprechenden Anschlusses, und der Entkopplungskondensazur befindet sich in der Nähe des entsprechenden Netzteilstifts;

Berücksichtigen Sie die Machbarkeit des Layouts für die Stromversorgungsabteilung vollständig, und Multi-Leistung-Geräte sollten über die Grenze des Stromversorgungsabteilungsbereichs platziert werden, um die Auswirkungen der Planenteilung auf EWI effektiv zu reduzieren;

Die Rücklaufebene (Pfad) ist nicht geteilt.

5. Verkabelung

.Impedanz Steuerung: Hochgeschwindigkeit Signal Linies wird anzeigen die Eigenschaften von Übertragung Linies, und Impedanz Steuerung is erfürderlich zu vermeiden Signal Reflexion, Überschuss und Klingeln, und Reduzieren EWI Strahlung.

Klassifizieren Sie die Signale entsprechend der EWI-Strahlungsintensität und Empfindlichkeit verschiedener Signale (AnalogSignal, TaktSignal, I/O-Signal, Bus, Stromversorgung usw.), trennen Sie die Störquelle und das empfindliche System so weit wie möglich und reduzieren Sie die Kopplung.

Steuern Sie strictly die Spurenlänge des TaktSignale (insbesondere das Hochgeschwindigkeseine-TaktSignal), die Anzahl der Durchgänge, den Trennbereich, den Abschluss, die Verdrahtungsschicht, den Rückweg usw.

.Die Signal Schleife, dass is, die Schleife gebildet von die Signal Strömunging out zu die Signal fließend in, is die Schlüssel zu EWI Steuerung in PCB-Design und muss be kontrolliert während Verkabelung. An understund die Strömung Richtung von jede Schlüssel Signal, die Schlüssel Signal sollte be geroutet schließen zu die zurück Pfad zu Sicherstellen dass its Schleife Fläche is die kleinste.

Für niederfrequente Signale, lassen Sie den Strom durch den Pfad mit dem geringsten Widerstund fließen; Bei HochfrequenzSignalen muss der Hochfrequenzstrom durch den Pfad mit der geringsten Induktivität fließen und nicht durch den Pfad mit dem geringsten Widerstund (siehe Abbildung 1). Bei unterschiedlichieller Modenstrahlung ist die EWI-Strahlungsintensität (E) proportional zum Strom, der Fläche der Stromschleife und dem Quadrat der Frequenz. (Wo I der Strom ist, ist A der Schleifenbereich, f ist die Frequenz, r ist der Abstund zum Zentrum der Schleife und k ist eine Konstante.)

Wenn sich der minimale Induktivitätsrückgang auch direkt unter dem Signaldraht befindet, kann der Stromschleifenbereich verringert werden, wodurch die EWI-Strahlungsenergie reduziert wird.

SchlüsselSignale dürfen den segmentierten Bereich nicht überqueren.

High-Speed DifferenzSignalverdrahtung sollte so dicht wie möglich gekoppelt sein.

Stellen Sie sicher, dass die Streifenlinie, die Mikrostreifenlinie und ihre Bezugsebene die AnfBestellungungen erfüllen.

Der Leitungsdraht des Entkopplungskondensazurs sollte kurz und breit sein.

Alle Signalspuren sollten so weit wie möglich vom Rund der Platine entfernt sein.

Wählen Sie für ein Mehrpunktverbindungsnetzwerk eine geeignete Topologie aus, um die Signalreflexion zu reduzieren und EWI-Strahlung zu reduzieren.

6. Split Verarbeitung der Leistungsebene

Segmentierung der Leistungsschicht

Wenn sich ein oder mehrere Sub-Netzteile auf einer Hauptstromebene befinden, achten Sie auf die Kontinuität jedes Netzteilbereichs und eine ausreichende Kupferfolienbreite. Die Trennlinie muss nicht zu breit sein, im Allgemeinen reicht 20-50mil Linienbreite aus, um die Spaltstrahlung zu reduzieren.

Trennung der Bodenschicht

Die Bodenebene sollte intakt gehalten werden, um Spaltung zu vermeiden. Wenn es geteilt werden muss, ist es nichtwendig, zwischen digitaler Masse, analoger Masse und Rauschmasse zu unterscheiden und mit der externen Masse durch einen gemeingleichen Massepunkt am Ausgang zu verbinden.

Um die Rundstrahlung der Stromversorgung zu reduzieren, sollte die Energie-/Erdungsebene dem 20H-Entwurfsprinzip folgen, das heißt, die Größe der Erdungsebene ist 20H größer als die Größe der Leistungsebene (siehe Abbildung 2), so dass die Rundfeldstrahlungsintensität um 70%.

3. Andere KontrollMethodeen des EWI

1. Leistung System Design

Entwerfen Sie ein niederohmiges StromSystem, um sicherzustellen, dass die Impedanz des StromverteilungsSystems im Frequenzbereich niedriger als fknee niedriger als die Zielimpedanz ist.

Verwenden Sie Filter, um geführte Störungen zu kontrollieren.

Energieentkopplung. Im EWI-Design kann die Bereitstellung angemessener Entkopplungskondensazuren den Chip zuverlässig arbeiten, Hochfrequenzrauschen in der Stromversorgung reduzieren und EWI reduzieren. Aufgrund des Einflusses der Drahtinduktivität und underer parasitärer Parameter ist die Ansprechgeschwindigkeit des Netzteils und seiner Stromversorgungsdrähte langsam, was den momentanen Strom, den der Treiber in der Hochgeschwindigkeitsschaltung benötigt, unzureichend macht. Entwerfen Sie die Bypass- oder Entkopplungskondensazuren und die verteilten Kondensazuren der Stromversorgungsschicht angemessen, so dass der Energiespeichereffekt des Kondensazurs verwendet werden kann, um dem Gerät schnell Strom bereitzustellen, bevor die Stromversorgung reagiert. Eine korrekte kapazitive Entkopplung kann einen niederohmigen Strompfad liefern, der der Schlüssel zur Reduzierung von Gleichtakt-EWI ist.

2. Erdung

ErdungsDesign ist der Schlüssel zur Reduzierung der EWI der gesamten Platine.

Stellen Sie sicher, dass Sie Einpunkt-Erdung, Mehrpunkt-Erdung oder gemischte Erdung verwenden.

Digitale Masse, analoge Masse und Rauschmasse sollten getrennt werden, und ein geeigneter gemeinsamer Massepunkt sollte bestimmt werden.

Wenn der Doppelpanel-Entwurf keine Erdungsdrahtschicht hat, ist es wichtig, das Erdungsdraht-Netz vernünftig zu entwerfen und sicherzustellen, dass die Erdungsdrahtbreite>Stromdrahtbreite>Signaldrahtbreite. Eine großflächige PflasterMethodee kann auch verwendet werden, aber es ist nichtwendig, auf die Kontinuität eines großflächigen Lundes auf derselben Schicht zu achten.

Stellen Sie für das mehrschichtige Board-Design sicher, dass es eine Masseebene-Schicht gibt, um die gemeinsame Bodenimpedanz zu reduzieren.

3. Schließen Sie den Dämpfungsbreitrstund in Reihe an

Unter der Voraussetzung, dass die Anfürderungen an die Schaltungssequenz erlauben, besteht die grundlegende Technik zur Unterdrückung der Störquelle darin, einen kleinen Widerstundsbreitrstund in Reihe am SchlüsselSignalausgangsende anzuschließen, normalerweise einen 22-33Ω-Widerstund. Diese kleinen Widerstände in Reihe am Ausgang können die Steig-/Fallzeit verlangsamen und die Über- und UnterschwingSignale glätten, wodurch die Amplitude der Hochfrequenz-Oberschwingungen der Ausgangswellenform reduziert und der Zweck der effektiven Unterdrückung von EWI erreicht wird.

4. Schild

Schlüsselkompeinenten können EWI-Abschirmmaterialien oder Abschirmnetze verwenden.

Die Abschirmung von SchlüsselSignalen kann als Streifenleitungen oder durch Massedrähte auf beiden Seiten der SchlüsselSignale getrennt sein.

5. Verbreitungsspektrum

Die Verbreitung-Spektrum-Methode (Verbreitung-Spektrum) ist eine neue und effektive Methode zur Reduzierung von EWI. Spread-Spektrum ist, das Signal zu modulieren und die Signalenergie auf einen relativ breiten Frequenzbereich zu erweitern. Tatsächlich ist dieses Verfahren eine kontrollierte Modulation des TaktSignale, und dieses Verfahren wird den Jitter des TaktSignale nicht signifikant erhöhen. Die praktische Anwendung beweist, dass Spread-Spektrum-Technologie effektiv ist und Strahlung um 7 bis 20dB reduzieren kann.

6. EWI-Analyse und -Prüfung

Simulationsanalyse

Nachdem die Leiterplattenverkabelung abgeschlossen ist, können EM-I-Simulationssvontwsind und ExpertenSystem für Simulationsanalysen verwendet werden, um die EMV/EWI-Umgebung zu simulieren, um zu bewerten, ob das Produkt die Anforderungen der relevanten elektromagnetischen KompatibilitätsStundards erfüllt.

SkannPrüfung

Verwenden Sie den elektromagnetischen Strahlungsskannner, um die Maschinenscheibe nach der Montage und dem Einschalten zu skannnen und erhalten Sie die elektromagnetische Feldverteilungskarte in der Leiterplatte (wie in Abbildung 3 gezeigt, zeigen die roten, grünen und blau-weißen Bereiche in der Abbildung die elektromagnetische Strahlungsenergie von niedrig nach hoch) gemäß dem Test. Infolgedessen wird PCB-Design verbessert.

Viertens, die Schlussfolgerung

Mit die kontinuierlich Entwicklung und Anwendung von neu Hochgeschwindigkeit Chips, Signal Frequenzen sind bekommen höher und höher, und die Leiterplatten dass tragen diem may werden kleiner und kleiner. PCB-Design wird Gesicht mehr schwer EMI Herausforderungen. Nur kontinuierlich Exploration und kontinuierlich Innovation kann machen die EMV/EMI Design von Leiterplatten erfolgreich.