Leiterplattentechnisch - High-Speed PCB EMC Design vierzig sieben

Differenzmodus Strom und Gleichtaktstrom:

Strahlungserzeugung: Elektrischer Strom verursacht Strahlung, nicht Spannung, statische Ladung erzeugt elektrostatisches Feld, konstanter Strom erzeugt Magnetfeld, und zeitverändernder Strom erzeugt sowohl elektrisches Feld als auch Magnetfeld. Es gibt Gleichtaktstrom und Differentialstrom in jeder Schaltung. Signale im Differenzmodus tragen Daten oder nützliche Signale. Gleichtaktsignale sind ein negativer Effekt des Differenzmodus.

Differentialstrom: gleich groß und entgegengesetzt in Richtung (Phase). Aufgrund der diskontinuierlichen Verteilungskapazität, Induktivität und Impedanz der Signalspur und des Signalrücklaufweges, der durch unerwartete Pfade fließt, wird der Differenzmodusstrom in Gleichtaktstrom umgewandelt.

Gleichtaktstrom: Die Größe ist nicht unbedingt gleich, the direction (phase) is the same. Die externen Störungen der Geräte sind meist im Gleichmodus, und Differenzmodus Interferenzen gibt es auch, aber die Intensität der Gleichtaktstörung ist oft mehrere Größenordnungen größer als die Intensität des Differenzmodus. Die externe Interferenz ist meist Common Mode Interferenz. Gleichtaktstörungen selbst verursachen im Allgemeinen keinen Schaden an der Ausrüstung, aber wenn die Gleichtaktstörung in Differentialmodusstörung umgewandelt wird, Es wird ernst sein, weil die nützlichen Signale alle Differenzmodensignale sind. Das Magnetfeld des Differenzmodenstroms ist hauptsächlich in dem Schleifenbereich konzentriert, der durch den Differenzmodenstrom gebildet wird., und außerhalb des Schleifenbereichs, die magnetischen Kraftlinien brechen sich gegenseitig auf; Das Magnetfeld des Gleichtaktstroms befindet sich außerhalb des Schleifenbereichs, und die Richtung des Magnetfeldes, das durch den Gleichtaktstrom erzeugt wird, ist die gleiche. Viele EMV-Designs von Leiterplatten der obigen Theorie folgen.

Die Möglichkeiten, Störungen auf dem Leiterplatte sind:

Reduzieren Sie den Bereich der Differenzmodus-Signalschleife

Reduzieren Sie die Rückführung von Hochfrequenzen (Filtern, Isolieren und Abgleichen)

Gleichtaktspannung reduzieren (geerdetes Design)

PCB-Design principles are summarized

Principle 1: PCB Taktfrequenz überschreitet 5MHZ oder Signalanstiegszeit ist kleiner als 5ns, müssen im Allgemeinen mehrschichtiges Brettdesign verwenden. Grund: Der Bereich der Signalschleife kann gut kontrolliert werden, indem mehrschichtiges Brettdesign angenommen wird.

Prinzip 2: Für Mehrschichtplatinen sollte die Schlüsselverdrahtungsschicht (die Schicht, in der sich die Taktleitung, der Bus, die Schnittstellensignalleitung, die Hochfrequenzleitung, die Rücksetzsignalleitung, die Chipauswahlsignalleitung und die verschiedenen Steuersignalleitungen befinden) an die vollständige Erdungsebene angrenzend sein. Vorzugsweise zwischen zwei Bodenebenen. Grund: Die Schlüsselsignalleitungen sind in der Regel starke Strahlung oder extrem empfindliche Signalleitungen. Verdrahtung nahe der Erdungsebene kann den Signalschleifenbereich verringern, die Strahlungsintensität verringern oder die Störfestigkeit verbessern.

Prinzip 3: Für einlagige Bretter sollten beide Seiten der Schlüsselsignalleitung mit Masse bedeckt sein; Grund: Beide Seiten des Schlüsselsignals sind mit Masse bedeckt. Einerseits kann es den Signalschleifenbereich reduzieren und Übersprechen zwischen Signalleitungen und anderen Signalleitungen verhindern.

Prinzip 4: Für doppelschichtige Platten sollte eine große Fläche des Bodens auf der Projektionsebene der Schlüsselsignalleitungen verlegt werden, oder auf die gleiche Weise wie einseitige Platten, sollte der Boden perforiert werden. Grund: das gleiche wie das Schlüsselsignal der mehrschichtigen Platine nahe der Grundebene

Prinzip 5: In einer mehrschichtigen Platine sollte die Energieebene um 5H-20H relativ zu ihrer benachbarten Erdungsebene zurückgezogen werden (H ist der Abstand zwischen der Stromversorgung und der Erdungsebene). Grund: Die Einkerbung der Leistungsebene relativ zu ihrer Rückgrundebene kann das Randstrahlungsproblem effektiv unterdrücken.

Prinzip 6: Die Projektionsebene der Verdrahtungsschicht sollte im Bereich der Reflow-Ebene-Schicht sein. Grund: Wenn sich die Verdrahtungsschicht nicht im Projektionsbereich der Reflow-Ebene-Schicht befindet, verursacht sie Randstrahlungsprobleme und vergrößert den Signalschleifenbereich, was zu einer erhöhten Differentialmodusstrahlung führt.

Prinzip 7: Bei Mehrschichtplatinen sollten die TOP- und BOTTOM-Schichten der Einzelplatine möglichst keine Signalleitungen größer als 50MHZ aufweisen. Grund: Es ist am besten, hochfrequente Signale zwischen zwei Ebenen zu laufen, um ihre Strahlung in den Raum zu unterdrücken.

Prinzip 8: Wenn die zweite Schicht und die vorletzte Schicht Verdrahtungsschichten sind, sollten die TOP- und BOOTTOM-Schichten mit geerdeter Kupferfolie bedeckt werden. Grund: Es ist am besten, das Hochfrequenzsignal zwischen den beiden Ebenen zu laufen, um seine Strahlung in den Raum zu unterdrücken.

Prinzip 9: In einer mehrschichtigen Platine sollte die Hauptarbeitsleistungsebene (die am weitesten verbreitete Leistungsebene) der einzelnen Platine in unmittelbarer Nähe zu ihrer Grundebene sein. Grund: Die benachbarte Energieebene und die Erdungsebene können den Schleifenbereich des Stromkreises effektiv reduzieren.

Prinzip 10: In einer einlagigen Platine muss neben und parallel zur Stromleitung ein Massedraht vorhanden sein. Grund: Verringern Sie die Fläche der Stromschleife der Stromversorgung.

Prinzip 11: In einer zweilagigen Platine muss neben und parallel zur Stromleitung ein Erdungskabel vorhanden sein. Grund: Verringern Sie die Fläche der Stromschleife der Stromversorgung.

Prinzip 12: Versuchen Sie im geschichteten Design, die benachbarten Einstellungen der Verdrahtungsschicht zu vermeiden. Wenn es unvermeidlich ist, dass die Verdrahtungsschichten nebeneinander liegen, sollte der Schichtabstand zwischen den beiden Verdrahtungsschichten angemessen erhöht werden, und der Schichtabstand zwischen der Verdrahtungsschicht und ihrem Signalkreis sollte verringert werden. Grund: Parallele Signalspuren auf benachbarten Verdrahtungsschichten können Signalübersprache verursachen.

Prinzip 13: Angrenzende Ebenen sollten Überlappungen ihrer Projektionsebenen vermeiden. Grund: Wenn sich die Projektionen überlappen, führt die Kopplungskapazität zwischen den Schichten dazu, dass das Rauschen zwischen den Schichten miteinander gekoppelt wird.

Grundsatz 14: Bei der Gestaltung der Leiterplattenlayout, Einhaltung des Konstruktionsprinzips der Verlegung in einer geraden Linie entlang der Signalflussrichtung, und versuchen, Schleifen vor und zurück zu vermeiden. Grund: Vermeiden Sie direkte Signalkopplung und beeinflussen Sie die Signalqualität.

Prinzip 15: Wenn mehrere Modulschaltungen auf derselben Leiterplatte platziert werden, sollten digitale Schaltungen und analoge Schaltungen sowie Hochgeschwindigkeits- und Niedriggeschwindigkeitsschaltungen getrennt angeordnet werden. Grund: Vermeiden Sie gegenseitige Interferenzen zwischen digitalen Schaltungen, analogen Schaltungen, Hochgeschwindigkeitsschaltungen und Low-Speed Schaltungen.

Prinzip 16: Wenn es gleichzeitig High-, Mittel- und Low-Speed-Schaltungen auf der Leiterplatte gibt, folgen Sie den High- und Medium-Speed-Schaltungen und halten Sie sich von der Schnittstelle fern. Grund: Vermeiden Sie hochfrequente Schaltungsgeräusche, die durch die Schnittstelle nach außen ausstrahlen.

Prinzip 17: Energiespeicher- und Hochfrequenzfilterkondensatoren sollten in der Nähe der Geräteschaltungen oder Geräte mit großen Stromänderungen (wie Leistungsmodule: Eingangs- und Ausgangsklemmen, Lüfter und Relais) platziert werden. Grund: Die Existenz von Energiespeicherkondensatoren kann die Schleifenfläche großer Stromschleifen reduzieren.

Prinzip 18: Der Filterkreis des Leistungseingangs der Leiterplatte sollte nah an der Schnittstelle platziert werden. Grund: Um eine erneute Kopplung des gefilterten Stromkreises zu vermeiden.

Prinzip 19: Auf der Leiterplatte sollten die Filter-, Schutz- und Isolationskomponenten der Schnittstellenschaltung nahe an der Schnittstelle platziert werden. Grund: Es kann effektiv die Auswirkungen von Schutz, Filterung und Isolierung erreichen.

Prinzip 20: Wenn es sowohl einen Filter als auch einen Schutzkreis an der Schnittstelle gibt, sollte das Prinzip des ersten Schutzes und der anschließenden Filterung befolgt werden. Grund: Die Schutzschaltung wird verwendet, um externe Überspannung und Überstrom zu unterdrücken. Wenn der Schutzkreis nach dem Filterkreis platziert wird, wird der Filterkreis durch Überspannung und Überstrom beschädigt.

Prinzip 21: Stellen Sie während des Layouts sicher, dass die Ein- und Ausgangsleitungen des Filterkreises (Filter), der Isolation und des Schutzkreises nicht miteinander koppeln. Grund: Wenn die Ein- und Ausgangsspuren der obigen Schaltung miteinander gekoppelt sind, wird der Filter-, Isolations- oder Schutzeffekt geschwächt.

Prinzip 22: Wenn eine "saubere Erde"-Schnittstelle auf der Platine entworfen ist, sollten die Filter- und Isolationskomponenten auf dem Isolationsband zwischen dem "sauberen Boden" und dem Arbeitsboden platziert werden. Grund: Vermeiden Sie die Kopplung von Filter- oder Isolationsvorrichtungen untereinander durch die ebene Schicht, die den Effekt schwächt.

Prinzip 23: Auf dem "sauberen Boden" können neben Filter- und Schutzeinrichtungen keine weiteren Geräte platziert werden. Grund: Der Zweck des "sauberen Bodens"-Designs ist es, die minimale Grenzflächenstrahlung sicherzustellen, und der "saubere Boden" wird leicht durch externe Störungen gekoppelt, also haben Sie keine anderen irrelevanten Schaltungen und Geräte auf der "sauberen Erde".

Prinzip 24: Halten Sie starke Strahlungsgeräte wie Kristalle, Kristalloszillatoren, Relais und Schaltnetzteile mindestens 1000 Mio. von den Leiterplattenschnittsteckverbindern entfernt. Grund: Die Störung strahlt direkt aus oder der Strom wird an das ausgehende Kabel gekoppelt, um nach außen zu strahlen.

Prinzip 25: Empfindliche Schaltungen oder Geräte (wie Reset-Schaltungen, WATCHDOG-Schaltungen, etc.) sollten mindestens 1000 Mio. von jeder Kante der Platine entfernt sein, insbesondere von der Kante der Platine-Schnittstelle. Grund: Stellen, die Single-Board-Schnittstellen ähneln, sind die Orte, die am einfachsten durch externe Interferenzen (wie statische Elektrizität) gekoppelt werden, und empfindliche Schaltungen wie Reset-Schaltungen und Watchdog-Schaltungen können leicht zu Systemfehlern führen.

Prinzip 26: Die Filterkondensatoren für die IC-Filterung sollten so nah wie möglich an den Netzteilpins des Chips platziert werden. Grund: Je näher der Kondensator am Pin ist, desto kleiner ist die Fläche der Hochfrequenzschleife und desto kleiner die Strahlung.

Prinzip 27: Für den übereinstimmenden Widerstand der Start-End-Serie sollte er nahe an seinem Signalausgangsende platziert werden. Grund: Der Konstruktionszweck des übereinstimmenden Widerstands der Start-End-Serie besteht darin, die Ausgangsimpedanz des Chipausgangsenden und die Impedanz des Serienwiderstands der charakteristischen Impedanz der Leiterbahn hinzuzufügen. Der passende Widerstand wird am Ende platziert, der die obige Gleichung nicht erfüllen kann.

Grundsatz 28:PCB Leiterbahnen können keine rechtwinkligen oder scharfkantigen Leiterbahnen haben. Grund: Rechtwinklige Verdrahtung führt zu Unterbrechung der Impedanz, die zur Signalübertragung führt, was zu Klingeln oder Überschwingen und starker EMI-Strahlung führt.

Prinzip 29: Versuchen Sie, die Schichteneinstellung benachbarter Verdrahtungsschichten zu vermeiden. Wenn es unvermeidlich ist, versuchen Sie, die Leiterbahnen in den beiden Verdrahtungsschichten senkrecht zueinander zu machen, oder die Länge der parallelen Leiterbahnen ist weniger als 1000mil. Grund: um das Übersprechen zwischen parallelen Leiterbahnen zu reduzieren.

Prinzip 30: Wenn die Platine eine interne Signalverdrahtungsschicht hat, sollten die Schlüsselsignalleitungen wie Uhren auf der inneren Schicht verlegt werden (die bevorzugte Verdrahtungsschicht wird bevorzugt). Grund: Die Bereitstellung von Schlüsselsignalen auf der internen Verdrahtungsschicht kann eine abschirmende Rolle spielen.

Prinzip 31: Es wird empfohlen, den Erdungsdraht auf beiden Seiten der Taktleitung abzudecken. Der Erdungsdraht wird alle 3000mil geerdet. Grund: Stellen Sie sicher, dass die Potenziale aller Punkte auf der Grundlinie des Pakets gleich sind.

Prinzip 32: Schlüsselsignalspuren wie Uhren, Busse und Hochfrequenzlinien und andere parallele Leiterbahnen auf der gleichen Schicht sollten dem 3W-Prinzip entsprechen. Grund: um Übersprechen zwischen Signalen zu vermeiden.

Prinzip 33: Die Pads von oberflächenmontierten Sicherungen, magnetischen Beads, Induktoren und Tantalkondensatoren, die für Stromversorgungen mit Strom verwendet werden, sollten nicht kleiner als zwei Durchgänge sein, die mit der ebenen Schicht verbunden sind. Grund: Reduzieren Sie die äquivalente Impedanz des Durchgangs.

Prinzip 34: Differentialsignalleitungen sollten auf der gleichen Schicht sein, von gleicher Länge und parallel laufen, die Impedanz gleichmäßig halten, und es sollte keine andere Verkabelung zwischen den Differenzialleitungen geben. Grund: Um sicherzustellen, dass die Gleichtaktimpedanz des Differenzleitungspaars gleich ist, um seine Störfestigkeit zu verbessern.

Prinzip 35: Die Schlüsselsignalspuren dürfen nicht über die Partition (einschließlich des Referenzebenspalts, der durch Durchgänge und Pads verursacht wird) verfolgt werden. Grund: Die Verdrahtung über das Fach vergrößert den Bereich der Signalschleife.

Prinzip 36: Wenn es unvermeidlich ist, die Signalleitung über ihre Rücklaufebene zu teilen, wird empfohlen, einen Brückenkondensator-Ansatz in der Nähe der Signalbereichsabteilung zu verwenden. Der Wert des Kondensators beträgt 1nF. Grund: Wenn die Signalspanne geteilt wird, wird der Schleifenbereich oft vergrößert. Das Brückenerdungsverfahren ist künstlich für die Signalschleife eingerichtet.

Prinzip 37: Keine anderen irrelevanten Signalspuren unter dem Filter (Filterschaltung) auf der Platine haben. Grund: Verteilte Kapazität schwächt den Filtereffekt des Filters.

Prinzip 38: Die Eingangs- und Ausgangssignalleitungen des Filters (Filterschaltung) können nicht parallel oder gekreuzt werden. Grund: Vermeiden Sie eine direkte Rauschkopplung zwischen den Leiterbahnen vor und nach dem Filtern.

Prinzip 39: Der Abstand zwischen der Schlüsselsignalleitung und dem Rand der Bezugsebene beträgt â­3H (H ist die Höhe der Linie von der Bezugsebene). Grund: Unterdrückung des Randstrahlungseffekts.

Prinzip 40: Für Metallschalen-Erdungskomponenten sollte geschliffenes Kupfer auf die oberste Schicht der Projektionsfläche gelegt werden. Grund: Die verteilte Kapazität zwischen der Metallschale und dem geerdeten Kupfer wird verwendet, um die externe Strahlung zu unterdrücken und die Immunität zu verbessern.

Prinzip 41: In einlagigBretter oder doppelschichtig Bretter, Achten Sie bei der Verdrahtung auf das Design der "Minimierung des Schleifenbereichs". Grund: Je kleiner der Schleifenbereich, je kleiner die externe Strahlung der Schleife, und je stärker die Anti-Interferenz Fähigkeit.

Prinzip 42: Beim Wechsel der Schichten von Signalleitungen (insbesondere Schlüsselsignalleitungen) sollten Masseverbindungen in der Nähe der Schichtwechseldurchgänge entworfen werden. Grund: Die Fläche der Signalschleife kann reduziert werden.

Prinzip 43: Taktleitungen, Busleitungen, Hochfrequenzleitungen usw.: Halten Sie starke Strahlungssignalleitungen von der Schnittstelle und den ausgehenden Signalleitungen fern. Grund: Vermeiden Sie die Interferenz starker Strahlungssignalleitungen von Kopplung zu ausgehenden Signalleitungen und Ausstrahlung nach außen.

Prinzip 44: Halten Sie empfindliche Signalleitungen wie Reset-Signalleitungen, Chip-Auswahl-Signalleitungen und Systemsteuersignale von den ausgehenden Signalleitungen der Schnittstelle fern. Grund: Die Signalleitung, die aus der Schnittstelle geht, verursacht oft externe Störungen, und wenn sie mit der empfindlichen Signalleitung gekoppelt ist, verursacht sie eine Fehlfunktion des Systems.

Prinzip 45: Im Ein- und Doppelpanel sollte die Verdrahtung des Filterkondensators zuerst durch den Filterkondensator und dann zu den Gerätepins gefiltert werden. Grund: Die Netzversorgungsspannung wird vor der Stromversorgung des IC gefiltert, und das Rauschen, das vom IC zur Stromversorgung zurückgeführt wird, wird auch vom Kondensator herausgefiltert.

Prinzip 46: In der Einzel- oder Doppelplatte, wenn die Stromleitung sehr lang ist, sollten Entkopplungskondensatoren der Erde alle 3000mil hinzugefügt werden, und der Wert des Kondensators sollte 10uF+1000pF sein. Grund: Filtern Sie hochfrequente Rauschen an der Stromleitung heraus.

Prinzip 47: Der Massedraht und der Stromdraht des Filterkondensators sollten so dick und kurz wie möglich sein. Grund: Die äquivalente Serieninduktivität reduziert die Resonanzfrequenz des Kondensators und schwächt seinen Hochfrequenzfiltereffekt.