PCB-Neuigkeiten - EMV-basiertes Leiterplattendesign bei einigen Leiterplattenherstellern

Preface
PCB is the abbreviation for Printed Circuit Board in English. Allgemein, Leitfähige Muster aus gedruckten Schaltungen, gedruckte Bauteile oder eine Kombination beider auf Dämmstoffen nach einem vorgegebenen Design werden als gedruckte Schaltungen bezeichnet. Das leitfähige Muster, das elektrische Verbindungen zwischen Komponenten auf einem isolierenden Substrat bereitstellt, wird als gedruckte Schaltung bezeichnet. Auf diese Weise, Die Leiterplatte oder die fertige Platine der Leiterplatte wird als Leiterplatte bezeichnet, auch Leiterplatte oder Leiterplatte genannt. PCB ist untrennbar mit fast allen elektronischen Geräten, die wir sehen können, aus elektronischen Uhren, Rechner, Universalgeräte, zu Computern, Kommunikationselektronik, Luftfahrt, Luft- und Raumfahrt, militärische Waffensysteme, solange elektronische Komponenten wie integrierte Schaltungen vorhanden sind. Geräte und ihre elektrische Verbindung verwenden alle PCB, und seine Leistung hängt direkt mit der Qualität der elektronischen Ausrüstung zusammen. Mit der rasanten Entwicklung der elektronischen Technologie, Elektronische Produkte werden immer schneller, hohe Empfindlichkeit, und hohe Dichte. This trend has led to serious electromagnetic compatibility (EMC) and electromagnetic interference problems in Leiterplatte Design. Elektromagnetische Verträglichkeit Design ist zu technischen Problemen geworden, die dringend in PCB-Design.

1 Electromagnetic compatibility
Electromagnetic Compatibility (Electro-Magnetic Compatibility, EMC for short) is an emerging comprehensive discipline, das hauptsächlich elektromagnetische Störungen und Anti-Interferenz-Probleme untersucht. Elektromagnetische Verträglichkeit bedeutet, dass das elektronische Gerät oder System den Leistungsindex aufgrund elektromagnetischer Störungen unter dem angegebenen elektromagnetischen Umgebungsniveau nicht verringert, und die von ihnen erzeugte elektromagnetische Strahlung ist nicht größer als der begrenzte Grenzwert, und beeinträchtigt nicht den normalen Betrieb anderer Systeme. Und erreichen Sie das Ziel der Nichtinterferenz zwischen Ausrüstung und Ausrüstung, System und System, und zuverlässig zusammenarbeiten. Electromagnetic interference (EMI) is caused by electromagnetic interference sources transferring energy to sensitive systems through coupling paths. Es umfasst drei Grundformen: Leitung durch Drähte und gemeinsame Massedrähte, und durch Weltraumstrahlung oder Nahfeldkopplung. Die Praxis hat bewiesen, dass auch wenn der Schaltplan richtig ausgelegt ist und die Leiterplatte nicht richtig ausgelegt ist, Es wird sich nachteilig auf die Zuverlässigkeit elektronischer Geräte auswirken. Daher, Die Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit der Leiterplatte ist der Schlüssel zum gesamten Systemdesign.
1.1 Electromagnetic Interference (EMI)
When an EMI problem occurs, Es muss durch drei Elemente beschrieben werden: die Störquelle, der Ausbreitungspfad und der Empfänger.
Daher, wenn wir elektromagnetische Störungen reduzieren wollen, Wir müssen uns eine Lösung für diese drei Elemente überlegen. Im Folgenden diskutieren wir hauptsächlich die Verdrahtungstechnik von Leiterplatten.
2 Wiring technology for printed circuit boards
Good printed circuit board (PCB) wiring is a very important factor in electromagnetic compatibility.
2.1 Basic characteristics of PCB
A PCB is composed of a series of lamination, Verdrahtung und Prepreg Behandlungen auf dem vertikalen Stapel. In einer mehrschichtigen Leiterplatte, Der Designer wird die Signalleitungen auf der äußersten Schicht auslegen, um das Debuggen zu erleichtern.
Die Verdrahtung auf der Leiterplatte hat Impedanz, Kapazität und Induktivität.
Impedanz: Die Impedanz der Verkabelung wird durch das Gewicht des Kupfers und die Querschnittsfläche bestimmt. Zum Beispiel, eine Unze Kupfer hat O. 49 mΩ/Impedanz je Flächeneinheit. Capacitance: The capacitance of the wiring is determined by the insulator (EoEr), the reach of the current (A), and the line spacing (h). Ausgedrückt durch die Gleichung als C=EoErA/h, Eo is the dielectric constant of free space (8.854 pF/m), and Er is the relative dielectric constant of the PCB substrate (4.7 in FR4 rolling).
Induktivität: Die Induktivität der Verdrahtung ist gleichmäßig in der Verdrahtung verteilt, über 1 nH/m.
Für 1 Unze Kupferdraht, in O.D. In the case of 25 mm (10 mil) thick FR4 rolling, die 0.5 mm (20 mil) wide and 20 mm (800 mil) long wire above the ground layer can produce an impedance of 9.8 mâ¯, 20 nH Die Induktivität und die Kopplungskapazität von 1.66 pF mit dem Boden. Vergleich der oben genannten Werte mit den parasitären Effekten der Komponenten, diese sind vernachlässigbar, aber die Summe aller Verkabelungen kann die parasitären Effekte übersteigen. Daher, der Designer muss dies berücksichtigen. General guidelines for PCB wiring:
(1) Increase the spacing of the traces to reduce the crosstalk of capacitive coupling;
(2) Lay the power line and the ground line in parallel to optimize the PCB capacitance;
(3) Route sensitive high-frequency lines away from high-noise power lines;
(4) Widen the power line and the ground line to reduce the impedance of the power line and the ground line.
2.2 Division
segmentation refers to the use of physical segmentation to reduce the coupling between different types of lines, insbesondere durch Stromleitungen und Erdleitungen.
Ein Beispiel für die Aufteilung von vier verschiedenen Schaltungstypen mit der Teilungstechnik. Auf der Bodenebene, Zur Isolierung der vier Bodenebenen werden nichtmetallische Gräben verwendet. L und C werden als Filter für jeden Teil der Platine verwendet. Reduzieren Sie die Kopplung zwischen den Leistungsebenen verschiedener Schaltkreise. Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen müssen aufgrund ihres höheren momentanen Strombedarfs am Stromeingang platziert werden. Interface circuits may require electrostatic discharge (ESD) and transient suppression devices or circuits. Für L und C, Es ist besser, verschiedene Werte von L und C zu verwenden, statt eines großen L und C, weil es unterschiedliche Filtereigenschaften für verschiedene Schaltungen bereitstellen kann.
2.3 Decoupling between local power supply and IC
Local decoupling can reduce the noise propagation along the power mains. Der Bypass-Kondensator mit großer Kapazität, der zwischen dem Eingangsanschluss und der Leiterplatte angeschlossen ist, fungiert als niederfrequenter Ripple-Filter und gleichzeitig als Potenzialspeicher, um plötzlichen Strombedarf zu decken. Darüber hinaus, Es sollten Entkopplungskondensatoren zwischen Stromversorgung und Masse jedes IC vorhanden sein. Diese Entkopplungskondensatoren sollten so nah wie möglich an den Pins sein. Dies hilft, das Schaltrauschen des IC herauszufiltern.
2.4 Grounding technology
grounding technology is applied to both Mehrschichtige Leiterplatten und einlagige Leiterplatten. Das Ziel der Erdungstechnik ist es, die Erdungsimpedanz zu minimieren, Dadurch wird das Potential der Masseschleife von der Schaltung zurück zur Stromversorgung reduziert.
(1) Ground wire of single-layer PCB
In einem single-layer (single-sided) PCB, Die Breite des Erdungsdrahts sollte so breit wie möglich sein, und sollte mindestens 1 sein.5 mm (60 mil). Da Sternverdrahtung nicht auf einer einlagigen Leiterplatte implementiert werden kann, Die Änderung der Jumper- und Massedrahtbreite sollte auf ein Minimum reduziert werden, Andernfalls wird es Änderungen in der Leitungsimpedanz und Induktivität verursachen.
(2) Ground wire of double-layer PCB
In the double-layer (double-sided) PCB, Bodengitter/Dot Matrix Verdrahtung wird bevorzugt für digitale Schaltungen. Diese Verdrahtungsmethode kann die Erdungsimpedanz reduzieren, Masseschleifen und Signalschleifen. Wie bei einer einlagigen Leiterplatte, die Breite der Erd- und Stromleitungen sollte mindestens 1 betragen.5 mm. Ein anderes Layout besteht darin, die Erdungsebene auf einer Seite und die Signal- und Stromleitungen auf der anderen Seite zu platzieren. In dieser Anordnung, Die Masseschleife und Impedanz werden weiter reduziert, und der Entkopplungskondensator kann so nah wie möglich zwischen der IC-Stromversorgungsleitung und der Masseschicht platziert werden.
(3) Protective ring
The protection ring is a grounding technology that can isolate a noisy environment (such as radio frequency current) outside the ring. Denn im Normalbetrieb fließt kein Strom durch den Schutzring.
(4) PCB capacitance
On a multilayer board, PCB-Kapazität wird durch eine dünne Isolierschicht erzeugt, die die Stromversorgungsoberfläche und den Boden trennt. Auf einer einlagigen Platte, Die parallele Anordnung der Stromleitung und der Erdungsleitung verursacht auch diesen kapazitiven Effekt. Ein Vorteil des Leiterplattenkondensators ist, dass er einen sehr hohen Frequenzgang und eine niedrige Serieninduktivität aufweist, die gleichmäßig über die gesamte Oberfläche oder die gesamte Leitung verteilt ist.. Es entspricht einem Entkopplungskondensator, der gleichmäßig über die Platine verteilt ist. Keine einzelne diskrete Komponente hat diese Eigenschaft.
(5) High-speed circuit and low-speed circuit
High-speed circuits should be placed closer to the ground plane, Schaltkreise mit niedriger Geschwindigkeit sollten näher an der Leistungsebene platziert werden.
(6) Copper filling of ground
In some analog circuits, Der ungenutzte Leiterplattenbereich wird durch eine große Masseebene abgedeckt, um Abschirmung zu bieten und die Entkopplungsfähigkeit zu erhöhen. But if the copper area is suspended (for example, it is not connected to the ground), dann kann es sich wie eine Antenne verhalten und elektromagnetische Kompatibilitätsprobleme verursachen.
(7) Ground plane and power plane in Mehrschichtige Leiterplatte
In a Mehrschichtige Leiterplatte, Es wird empfohlen, die Leistungsebene und die Masseebene in benachbarten Schichten so nah wie möglich zu platzieren, um eine große PCB-Kapazität auf der gesamten Platine zu erzeugen. Die schnellsten kritischen Signale sollten nah an einer Seite der Bodenebene sein, und nicht kritische Signale sollten in der Nähe der Leistungsebene platziert werden.
(8) Power requirements
When the circuit requires more than one power supply, Verwenden Sie Erdung, um jedes Netzteil zu trennen. Aber es ist unmöglich, mehrere Punkte in einer einlagigen Leiterplatte zu erden. Eine Lösung besteht darin, Netzkabel und Erdungskabel von einem Netzteil von anderen Netzkabeln und Erdungskabeln zu trennen.. Dies hilft auch, Geräuschkopplung zwischen Netzteilen zu vermeiden.
3 Concluding remarks
The various methods and techniques introduced in this article are helpful to improve the EMC characteristics of PCBs. Natürlich, Diese sind nur ein Teil der EMV-Konstruktion. Normalerweise, Reflexionsgeräusche, Strahlenemissionsgeräusche, und Störungen durch andere verfahrenstechnische Probleme sollten berücksichtigt werden. Im eigentlichen Design, Entsprechend den Zielanforderungen und Konstruktionsbedingungen des Entwurfs sollten angemessene antielektromagnetische Interferenzmaßnahmen ergriffen werden, um ein Leiterplatte mit guter EMV-Leistung