Leiterplattentechnisch - PCB-Designprinzipien zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen

Das Design der elektromagnetischen Verträglichkeit ist eng mit der spezifischen Schaltung verbunden. Zur Durchführung des elektromagnetischen Verträglichkeitsdesigns, die designer needs to minimize die radiation (radio frequency energy leaking from the product) und enhance its resistance to the radiation (energy entering the product). Empfindlichkeit und Störfestigkeit. Für die gemeinsame Leitungskupplung bei Niederfrequenz und die gemeinsame Strahlungskupplung bei Hochfrequenz, Das Abschneiden des Kupplungsweges muss bei der Konstruktion voll beachtet werden.

PCB-Design principles

As the Leiterplatte0 Integration und Signalfrequenz werden immer höher mit der Entwicklung der elektronischen Technologie, elektromagnetische Störungen werden zwangsläufig verursacht, Daher sollten die folgenden Prinzipien befolgt werden, wenn die Leiterplatte entworfen wird, um die elektromagnetischen Störungen des Leiterplatte innerhalb eines bestimmten Bereichs, Erfüllen Sie die Design-Anforderungen und Standards, und die Gesamtleistung der Schaltung verbessern.

1. Auswahl der Leiterplatte

Die Hauptaufgabe PCB-Design die Größe des Leiterplatte. Wenn die Größe zu groß ist, die Verkabelung zwischen den Komponenten wird zu lang sein, was die Impedanz der Schaltung erhöht und die Störfestigkeit verringert; und die Größe verursacht, dass die Komponenten zu klein sind. Dichtes Layout ist nicht förderlich für die Wärmeableitung, und die Verkabelung ist zu dünn und dicht, das leicht zu Übersprechen führt. Daher, the Leiterplatte Die entsprechende Größe sollte entsprechend den erforderlichen Komponenten des Systems ausgewählt werden.

Leiterplatte

Leiterplattes sind in einseitig unterteilt, doppelseitig und Mehrschichtplatten. Die Wahl der Anzahl der Schichten der Leiterplatte hängt von der Funktion ab, die durch die Schaltung realisiert werden soll, der Geräuschindex, Anzahl der Signale und Netzwerkkabel, etc. Angemessene Schichteneinstellung kann das Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit der Schaltung selbst verringern.

Die üblichen Auswahlgrundsätze sind:

1. Wenn die Signalfrequenz mittel- und niederfrequent ist, gibt es weniger Komponenten und die Verdrahtungsdichte niedrig oder mittel ist, wählen Sie einseitig oder doppelseitig;

2. Mehrschichtige Bretter werden für hohe Verdrahtungsdichte, hohe Integration und mehr Komponenten verwendet;

3. Für Hochfrequenzen, Hochgeschwindigkeits-integrierte Schaltkreise, and Hochgeschwindigkeits-integrierte Schaltkreise, Wählen Sie vier oder mehrere Ebenen von Leiterplattes. Bei der Gestaltung eines Mehrschichtige Platine, Eine einzelne Schicht kann als Power Layer verwendet werden, eine Signalschicht, und eine Bodenschicht. Die Signalschleifenfläche wird reduziert, und die differentielle Modestrahlung wird reduziert. Aus diesem Grund, the Mehrschichtige Platine kann die Strahlung der Leiterplatte und die Anti-Interferenz Fähigkeit verbessern.

2. Layout der Leiterplattenkomponenten

Nachdem die Leiterplattengröße bestimmt ist, sollte zuerst die Position der speziellen Komponenten bestimmt werden, und schließlich werden alle Komponenten der Schaltung in Blöcken entsprechend den Funktionseinheiten der Schaltung angeordnet. Die digitale Schaltungseinheit, die analoge Schaltungseinheit und die Leistungsleitungseinheit sollten getrennt werden, und die Hochfrequenz-Schaltungseinheit und die Niederfrequenz-Schaltungseinheit sollten ebenfalls getrennt werden. Die Layoutprinzipien von häufig verwendeten Leiterplatten sind wie folgt.

1. Das Prinzip der Bestimmung der Lage von speziellen Komponenten:

1. Das Heizelement sollte in einer Position platziert werden, die der Wärmeableitung förderlich ist, wie der Rand der Leiterplatte, und weg vom Mikroprozessor-Chip;

2. Spezielle Hochfrequenzkomponenten sollten nahe beieinander platziert werden, um die Verbindung zwischen ihnen zu verkürzen;

3. Sensible Komponenten sollten von Rauschquellen wie Taktgeneratoren und Oszillatoren ferngehalten werden;

4. Das Layout der justierbaren Komponenten wie Potentiometer, justierbare Induktoren, variable Kondensatoren, Schlüsselschalter usw. sollte die strukturellen Anforderungen der gesamten Maschine erfüllen und Justierung erleichtern;

5. Schwerere Komponenten sollten mit Klammern befestigt werden;

6. Der EMI-Filter sollte in der Nähe der EMI-Quelle platziert werden.

Layout der Leiterplattenkomponenten

2. Das Prinzip der Auslegung der Dachkomponenten der Schaltung entsprechend der Schaltungsfunktionseinheit:

1. Jeder Funktionskreis sollte die entsprechende Position entsprechend dem Signalfluss zwischen ihnen bestimmen, um die Verdrahtung zu erleichtern;

2. Jeder Funktionskreis sollte zuerst den Standort der Kernkomponente bestimmen und andere Komponenten um die Kernkomponente legen und versuchen, die Verbindung zwischen den Komponenten zu verkürzen;

3. Bei Hochfrequenzschaltungen sollten die Verteilungsparameter zwischen Komponenten berücksichtigt werden;

4. Die am Rand der Leiterplatte platzierten Komponenten sollten nicht weniger als 2mm vom Rand der Leiterplatte entfernt sein.

5. DC/DC-Wandler, Schaltrohr und Gleichrichter sollten so nah wie möglich am Transformator platziert werden, um externe Strahlung zu reduzieren;

6. Spannungsregelkomponenten und Filterkondensatoren sollten in der Nähe der Gleichrichterdiode platziert werden.

3. Verdrahtungsprinzip der Stromversorgung und der Erde

Ob die Verdrahtung zwischen Netzteil und Masse der Leiterplatte vernünftig ist, ist der Schlüssel zur Verringerung der elektromagnetischen Störungen der gesamten Leiterplatte. Das Design der Stromleitung und der Erdungsleitung ist ein Problem, das in der Leiterplatte nicht ignoriert werden kann, und es ist oft das schwierigste Design. Bei der Gestaltung sollten folgende Grundsätze beachtet werden.

1. Verdrahtungsfähigkeiten für Energie und Boden

Die Verdrahtung auf der Leiterplatte hat Eigenschaften verteilter Parameter wie Impedanz, kapazitiver Reaktanz und induktiver Reaktanz. Um den Einfluss von Leiterplattenverteilungsparametern auf elektronische Hochgeschwindigkeitssysteme zu reduzieren, sind die Verdrahtungsprinzipien für Leistung und Masse wie folgt:

1. Erhöhen Sie den Abstand der Spuren, um das Übersprechen der kapazitiven Kopplung zu reduzieren;

2. Die Stromleitung und die Erdungsleitung sollten parallel geführt werden, um die verteilte Kapazität zu optimieren;

3. Entsprechend der Größe des Tragstroms verdicken Sie die Breite der Stromleitung und der Erdungsleitung so weit wie möglich, reduzieren Sie den Schleifenwiderstand und machen Sie die Richtung der Stromleitung und der Erdungsleitung in jeder Funktionsschaltung mit der Signalübertragungsrichtung konsistent, was zur Verbesserung der Interferenzfähigkeit beiträgt;

4. Die Leistung und Masse sollten direkt über einander geführt werden, um die Induktivität zu reduzieren und den Schleifenbereich zu minimieren, und versuchen, den Erdungskabel unter der Stromleitung herzustellen;

5. Je dicker der Erdungsdraht, desto besser ist die Breite des Erdungsdrahts im Allgemeinen nicht kleiner als 3mm;

6. Der Erdungsdraht wird in eine geschlossene Schleife gebildet, um den Potentialunterschied auf dem Erdungsdraht zu verringern und die Störfestigkeit zu verbessern;

7. Im mehrschichtigen Leiterplattenverdrahtungsdesign kann eine der Schichten als "volle Erdungsebene" verwendet werden, die die Erdimpedanz verringern und gleichzeitig eine Abschirmrolle spielen kann.

Verdrahtungsfähigkeiten für Strom und Boden

2. Erdungsfähigkeiten jeder Funktionsschaltung

Die Erdungsmethoden jeder Funktionsschaltung der Leiterplatte sind in Einpunkt-Erdung und Mehrpunkt-Erdung unterteilt. Die Einpunkt-Erdung wird entsprechend der Verbindungsform in Einpunkt-Reihenerdung und Einpunkt-Parallelerdung unterteilt, wie in Abbildung 3 und Abbildung 4 gezeigt. und die elektromagnetische Verträglichkeit verringert wird. Ein Punkt parallele Erdung. Jede Schaltung hat ihren eigenen Erdungskabel, so dass die gegenseitige Störung klein ist, aber es kann den Erdungskabel verlängern und die Erdungsimpedanz erhöhen. Es wird oft für Signalerdung, analoge Erdung und Stromerdung verwendet. Mehrpunkt-Erdung bedeutet, dass jede Schaltung einen Erdungspunkt hat, wie in Abbildung 5 gezeigt. Mehrpunkt-Erdung wird oft in Hochfrequenz-Schaltungen verwendet, mit kurzen Erdungskrähten und niedriger Erdungsimpedanz, um die Störung von Hochfrequenz-Signalen zu reduzieren.

Um die Störung durch Erdung zu reduzieren, muss die Erdung auch bestimmte Anforderungen erfüllen:

1. Der Erdungsdraht sollte so kurz wie möglich sein, und die Erdungsfläche sollte groß sein;

2. Vermeiden Sie unnötige Masseschleifen und reduzieren Sie die Störspannung der gemeinsamen Erde;

3. Das Prinzip der Erdung besteht darin, verschiedene Erdungsmethoden für verschiedene Signale anzunehmen, und es ist nicht möglich, den gleichen Erdungspunkt für alle Erdungen zu verwenden;

4. Wenn Sie eine mehrschichtige Leiterplatte entwerfen, platzieren Sie die Leistungsschicht und die Masseschicht so weit wie möglich in benachbarten Schichten, um Schicht-zu-Schicht-Kapazität in der Schaltung zu bilden und elektromagnetische Störungen zu reduzieren;

5. Versuchen Sie, starke und schwache Stromsignale zu vermeiden, und digitale und analoge Signale teilen sich den gleichen Boden.

Erdungsfähigkeiten der einzelnen Funktionskreise

24-Stunden-Tipps zur Reduzierung von Rauschen und elektromagnetischen Störungen:

(1) Low-Speed-Chips können anstelle von High-Speed-Chips verwendet werden. Hochgeschwindigkeits-Chips werden an wichtigen Stellen eingesetzt.

(2) Ein Widerstand kann in Reihe geschaltet werden, um die Sprungrate der oberen und unteren Kanten des Steuerkreises zu reduzieren.

(3) Versuchen Sie, irgendeine Form der Dämpfung für Relais usw. bereitzustellen.

(4) Verwenden Sie die niedrigste Frequenzuhr, die die Systemanforderungen erfüllt.

(5) Der Uhrengenerator ist so nah wie möglich an dem Gerät, das die Uhr verwendet. Die Schale des Quarzkristalloszillators sollte geerdet sein.

(6) Schließen Sie den Uhrbereich mit einem Erdungskabel ein und halten Sie den Uhrdraht so kurz wie möglich.

(7) Der I/O-Antriebskreis sollte so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte sein und so schnell wie möglich die Leiterplatte verlassen. Das in die Leiterplatte eintretende Signal sollte gefiltert werden, und das Signal aus dem Rauschbereich sollte ebenfalls gefiltert werden. Gleichzeitig sollte eine Reihe von Anschlusswiderständen verwendet werden, um die Signalreflexion zu reduzieren.

(8) Die nutzlose Klemme von MCD sollte mit hoch oder geerdet oder als Ausgangsklemme definiert werden, und die Klemme, die mit der Stromversorgungserde auf der integrierten Schaltung verbunden werden sollte, sollte angeschlossen werden und sollte nicht schwimmend gelassen werden.

(9) Die Eingangsklemme der Gate-Schaltung, die nicht in Gebrauch ist, sollte nicht schwimmend gelassen werden. Die positive Eingangsklemme des ungenutzten Operationsverstärker sollte geerdet werden, und die negative Eingangsklemme sollte mit der Ausgangsklemme verbunden werden.

(10) Versuchen Sie bei Leiterplatten, 45-fache Leitungen anstelle von 90-fache Leitungen zu verwenden, um die externe Emission und Kopplung von Hochfrequenzsignalen zu reduzieren.

(11) Die Leiterplatten werden entsprechend Frequenz- und Stromschalteigenschaften unterteilt, und die Rauschkomponenten und Nichtrauschkomponenten sollten weiter auseinander liegen.

(12) Use single-point power supply and single-point grounding for single and double panels. Die Stromleitung und Erdungsleitung sollten so dick wie möglich sein. Wenn es wirtschaftlich ist, Verwenden Sie eine Mehrschichtige Platine zur Reduzierung der kapazitiven Induktivität der Stromversorgung und Masse.

(13) Halten Sie die Takt-, Bus- und Chipauswahlsignale von I/O-Leitungen und Steckern fern.

(14) Die analoge Spannungseingangsleitung und die Referenzspannungsklemme sollten so weit wie möglich von der digitalen Schaltungssignalleitung entfernt sein, insbesondere von der Uhr.

(15) Bei A/D-Geräten sollten der digitale und der analoge Teil vereinheitlicht statt gekreuzt werden.

(16) Die Taktleitung senkrecht zur I/O-Leitung hat weniger Interferenzen als die parallele I/O-Leitung, und die Taktkomponenten-Pins sind weit vom I/O-Kabel entfernt.

(17) Die Bauteilstifte sollten so kurz wie möglich und die Entkopplungskondensatorstifte so kurz wie möglich sein.

(18) Die Schlüssellinie sollte so dick wie möglich sein, und Schutzgrund sollte auf beiden Seiten hinzugefügt werden. Die Hochgeschwindigkeitsstrecke sollte kurz und gerade sein.

(19) Rauschempfindliche Leitungen sollten nicht parallel zu Hochstrom- und Hochgeschwindigkeitsschaltleitungen verlaufen.

(20) Führen Sie keine Drähte unter dem Quarzkristall oder unter geräuschempfindlichen Geräten.

(21) Bei schwachen Signalschaltungen keine Stromschleifen um niederfrequente Schaltkreise bilden.

(22) Bilden Sie keine Schleife im Signal. Wenn es unvermeidlich ist, machen Sie den Schleifenbereich so klein wie möglich.

(23) Ein Entkopplungskondensator pro integrierter Schaltkreis. Zu jedem Elektrolytkondensator muss ein kleiner Hochfrequenz-Bypass-Kondensator hinzugefügt werden.

(24) Verwenden Sie Tantalkondensatoren mit großer Kapazität oder Ju-Cool-Kondensatoren anstelle von Elektrolytkondensatoren zum Laden und Entladen von Energiespeicherkondensatoren in der Schaltung. Bei Verwendung von Rohrkondensatoren sollte das Gehäuse geerdet werden.