Leiterplatte Blog - Interferenzprobleme und Lösungen für hochfrequente Leiterplatten

1. Power supply noise
In the HochfrequenzLeiterplatte, Das Geräusch des Netzteils hat einen besonders offensichtlichen Einfluss auf die Hochfrequenz Signal. Daher, erstens, Die Stromversorgung muss geräuscharm sein. Hier, Sauberer Boden ist genauso wichtig wie saubere Energie, warum? Die Eigenschaften der Stromversorgung sind in Abbildung 1 dargestellt. Offensichtlich, das Netzteil hat eine bestimmte Impedanz, und die Impedanz wird über die gesamte Stromversorgung verteilt, so wird das Geräusch auch auf das Netzteil überlagert. Dann sollten wir die Impedanz der Stromversorgung so weit wie möglich reduzieren, so muss es eine dedizierte Stromversorgungsschicht und Erdungsebene geben. Im HochfrequenzschaltungsDesign, Die Stromversorgung ist in Form von Schichten ausgelegt, was in den meisten Fällen viel besser ist als die Form von Bussen, so dass die Schleife immer dem Pfad der Impedanz folgen kann. Darüber hinaus, Die Netzteilplatine muss eine Signalschleife für alle erzeugten und empfangenen Signale auf der Leiterplatte bereitstellen, die Signalschleife reduzieren und Rauschen reduzieren kann, was von Niederfrequenzschaltungsdesignern oft übersehen wird.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Stromversorgungsgeräusche in Leiterplattendesign.
1.1 Achten Sie auf die Durchgangslöcher auf der Platte: Durch die Durchgangslöcher müssen die Öffnungen in der Leistungsebene geätzt werden, um Platz für die Durchgangslöcher zu lassen. Wenn die Öffnung der Power Layer zu groß ist, es wird unweigerlich die Signalschleife beeinflussen, das Signal muss umgangen werden, wird sich die Schleife vergrößern, und der Lärm wird zunehmen. Zur gleichen Zeit, wenn einige Signalleitungen in der Nähe der Öffnung konzentriert sind und diese Schleife teilen, die gemeinsame Impedanz verursacht Übersprechen.
1.2 Die Verbindungsleitung benötigt genügend Erdungskabel: Jedes Signal muss seine eigene dedizierte Signalschleife haben, und der Schleifenbereich des Signals und der Schleife sollte so klein wie möglich sein, das ist, Signal und Schleife sollten parallel sein.
1.3 Die Netzteile von analogen und digitalen Netzteilen sollten getrennt werden: Hochfrequenz Geräte sind generell sehr empfindlich gegenüber digitalem Rauschen, So sollten die beiden getrennt und am Eingang der Stromversorgung miteinander verbunden werden. Platzieren Sie eine Schleife an der Position, um den Schleifenbereich zu reduzieren.
1.4 Vermeiden Sie getrennte Netzteile, die sich zwischen Schichten überlappen: Andernfalls können Schaltungsrausche leicht durch parasitäre Kapazitäten gekoppelt werden.
1.5 Isolieren Sie empfindliche Komponenten: wie PLL.
1.6 Platzieren des Netzkabels: Um die Signalschleife zu reduzieren, Reduzieren Sie das Rauschen, indem Sie das Netzkabel seitlich am Signalkabel platzieren.

2. Transmission line
There are only two kinds of transmission lines that can appear in the PCB: strip line and microwave line. Das Problem der Übertragungsleitung ist die Reflexion, was viele Probleme verursachen wird. Zum Beispiel, Das Lastsignal ist die Überlagerung des Originalsignals und des Echosignals, was die Schwierigkeit der Signalanalyse erhöht. ; Reflections cause return loss (return loss), which affects the signal as badly as additive noise interference:
2.1 Die Reflexion des Signals zurück zur Signalquelle erhöht das Systemrauschen, making it more difficult for the receiver to distinguish the noise from the signal;
2.2 Jedes reflektierte Signal verschlechtert grundsätzlich die Signalqualität und ändert die Form des Eingangssignals. Grundsätzlich, the solution is mainly impedance matching (for example, the impedance of the interconnection should be very matched with the impedance of the system), aber manchmal ist die Berechnung der Impedanz umständlich, Sie können sich auf einige Übertragungsleitungsimpedanzberechnungssoftware beziehen.
2.3 Das Verfahren zur Beseitigung von Übertragungsleitungsstörungen in Leiterplatte design is as follows:
1) Avoid impedance discontinuities in the transmission line. Der Punkt der diskontinuierlichen Impedanz ist der Punkt der plötzlichen Änderung der Übertragungsleitung, wie gerade Ecken, Durchkontaktierungen, etc., die möglichst vermieden werden sollten. Die Methoden sind: Vermeiden Sie die geraden Ecken der Spuren, und versuchen, 45° Winkel oder Bögen so viel wie möglich zu nehmen, und große Ecken sind auch akzeptabel; Verwenden Sie so wenig Vias wie möglich, weil jeder Durchgang ein diskontinuierlicher Impedanzpunkt ist, und das äußere Schichtsignal vermeidet das Durchlaufen der inneren Schicht und umgekehrt.
2) Do not use stake lines. Weil jeder Stub eine Quelle von Lärm ist. Wenn der Stumpfdraht kurz ist, sie kann am Ende der Übertragungsleitung beendet werden; wenn der Stumpfdraht lang ist, die Hauptübertragungsleitung wird als Quelle verwendet, was zu einer großen Reflexion führt, was das Problem erschwert und nicht empfohlen wird.

3. Coupling
3.1 Gemeinsame Impedanzkupplung: Es ist ein gemeinsamer Kupplungskanal, das ist, the interference source and the interfered device often share some conductors (such as loop power supply, Bus, Gemeinsame Grundlage, etc.).
3.2-Feld Gleichtaktkupplung bewirkt, dass die Strahlungsquelle eine Gleichtaktspannung auf der Schleife verursacht, die durch den gestörten Schaltkreis und auf der gemeinsamen Bezugsebene gebildet wird. Wenn das Magnetfeld dominant ist, the value of the common-mode voltage generated in the series ground loop is Vcm=-(△B/△t)*area (△B=change in the magnetic induction intensity in the formula) If it is an electromagnetic field, Es ist bekannt, wenn sein elektrischer Feldwert, its induced voltage: Vcm=(L*h*F*E)/48, the formula is applicable to L(m)=150MHz or less, über diese Grenze hinaus, the calculation of induced voltage can be simplified as: Vcm=2 *h*E.
3.3-Differenzmodus-Feldkupplung: Bezieht sich auf die direkte Strahlung, die vom Drahtpaar oder den Leitungen und ihren Schleifen auf der Leiterplatte empfangen wird. Wenn so nah wie möglich an beiden Drähten. Diese Kupplung ist stark reduziert, Drehen Sie also die beiden Drähte zusammen, um Interferenzen zu reduzieren.
3.4 Coupling between lines (crosstalk) can make any line equal to the undesired coupling between parallel circuits, die die Leistung des Systems ernsthaft beeinträchtigen wird. Seine Typen können in kapazitives Übersprechen und induktives Übersprechen unterteilt werden. Ersteres ist auf die parasitäre Kapazität zwischen den Leitungen zurückzuführen, die das Rauschen auf der Rauschquelle mit der Rauschempfangsleitung durch die Einspritzung von Strom koppelt; Letzteres kann als Kopplung des Signals zwischen Primär- und Sekundärtransformator eines unerwünschten parasitären Transformators betrachtet werden. Die Größe des induktiven Übersprechens hängt von der Nähe der beiden Schleifen und der Größe der Schleifenfläche ab, sowie die Impedanz der betroffenen Last.
3.5-Power-Line-Kopplung: Es bedeutet, dass nach der AC- oder DC-Stromleitung elektromagnetischen Störungen ausgesetzt ist, Die Stromleitung überträgt die Störung auf andere Geräte.
3.6 Es gibt mehrere Möglichkeiten, Übersprechen in Leiterplatte design:
1) The magnitude of both types of crosstalk increases with the increase of load impedance, Daher sollten die Signalleitungen, die empfindlich auf Störungen durch Übersprechen reagieren, ordnungsgemäß beendet werden.
2) Increasing the distance between signal lines as much as possible can effectively reduce capacitive crosstalk. Durchführung des Bodenplanenmanagements, space between traces (such as isolation of active signal lines and ground lines, especially between signal lines and ground where state transitions occur) and reduce lead inductance.
3) Inserting a ground wire between adjacent signal wires can also effectively reduce capacitive crosstalk. Dieser Erdungskabel muss alle 1-mal mit der Erdungsschicht verbunden werden/4-Wellenlänge.
4) For inductive crosstalk, der Schleifenbereich sollte minimiert werden, und wenn erlaubt, die Schleife sollte beseitigt werden.
5) Avoid signal sharing loops.
6) Focus on signal integrity: Designers address signal integrity by implementing termination during the soldering process. Designer, die diesen Ansatz verwenden, können sich auf die Mikrostreifenlänge der abschirmenden Kupferfolie konzentrieren, um eine gute Signalintegrität zu gewährleisten. Für Systeme, die dichte Steckverbinder in der Kommunikationsstruktur verwenden, Designer können eine einzelne Leiterplatte für die Beendigung verwenden.

4. Electromagnetic Interference
As speed increases, EMI will become more severe and manifest in many ways (such as electromagnetic interference at interconnects), und Hochgeschwindigkeitsgeräte sind besonders empfindlich darauf, die falsche Hochgeschwindigkeitssignale empfangen, Während niedriger Geschwindigkeit Das Gerät ignoriert solche Störungen.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, elektromagnetische Störungen in Leiterplatte design:
4.1 Reduzieren Sie die Schleife: Jede Schleife entspricht einer Antenne, so müssen wir die Anzahl der Schleifen minimieren, die Fläche der Schleife und der Antenneneffekt der Schleife. Stellen Sie sicher, dass das Signal nur einen Schleifenpfad an zwei Punkten hat, Vermeidung künstlicher Schleifen, und die Leistungsebene so viel wie möglich nutzen.
4.2-Filtern: Filtern kann sowohl an Stromleitungen als auch an Signalleitungen verwendet werden, um EMI zu reduzieren. Es gibt drei Methoden: Entkopplung von Kondensatoren, EMI-Filter, und magnetische Komponenten.
4.3 Abschirmung. Aufgrund von Platzproblemen und vielen Artikeln über Abschirmung, Ich werde sie nicht im Detail vorstellen.
4.4 Minimieren Sie die Geschwindigkeit von Hochfrequenz Geräte.
4.5 Erhöhung der dielektrischen Konstante der Leiterplatte kann verhindern, dass Hochfrequenz Teile wie Übertragungsleitungen in der Nähe der Platine von der Ausstrahlung nach außen; die Dicke der Leiterplatte und die Minimierung der Dicke der Microstrip-Linie kann den Überlauf des elektromagnetischen Drahtes verhindern und auch Strahlung verhindern.

5. Zusammenfassend in der Gestaltung von Hochfrequenz Leiterplatte, we should follow the following principles:
5.1 Die Einheit und Stabilität der Stromversorgung und der Erde.
5.2 Sorgfältige Verdrahtung und ordnungsgemäße Beendigung können Reflexionen beseitigen.
5.3 Sorgfältige Verdrahtung und ordnungsgemäße Beendigung können kapazitives und induktives Übersprechen reduzieren.
5.4 Der Lärm im HochfrequenzLeiterplatte muss unterdrückt werden, um die EMV-Anforderungen zu erfüllen.