Leiterplattentechnisch - Impedanzeffekt der Leiterplatte

a. Die folgenden Systeme achten besonders auf elektromagnetische Störungen:

1-1. Die Mikrocontroller-Taktfrequenz ist besonders hoch und der Buszyklus ist besonders schnell.

1-2. Das System enthält Hochleistungs- und Hochstrom-Antriebskreise, wie Funken erzeugende Relais, Hochstromschalter usw.

1-3. System einschließlich schwacher analoger Signalschaltung und hochpräziser A-D-Wandlungsschaltung.

b. Zur Erhöhung der anti-elektromagnetischen Störfähigkeit des Systems sind folgende Maßnahmen zu treffen:

1. Wählen Sie Mikrocontroller mit niedriger Frequenz:

Die Auswahl eines Mikrocontrollers mit niedriger externer Taktfrequenz kann Rauschen effektiv reduzieren und die Störfestigkeit des Systems verbessern. Für Quadratwelle und Sinuswelle mit der gleichen Frequenz ist die Hochfrequenzkomponente der Quadratwelle viel mehr als Sinuswelle. Obwohl die Amplitude der Hochfrequenzkomponente der Quadratwelle kleiner ist als die Grundwelle, je höher die Frequenz, desto einfacher ist es, als Rauschquelle emittiert zu werden. Das einflussreichste Hochfrequenzrauschen, das vom Mikrocontroller erzeugt wird, beträgt etwa das Dreifache der Taktfrequenz.

2. Verringern Sie Verzerrungen in der Signalübertragung

Der Mikrocontroller wird hauptsächlich durch Hochgeschwindigkeits-CMOS-Technologie hergestellt. Der statische Eingangsstrom am Signaleingangsende beträgt etwa 1mA, die Eingangskapazität beträgt etwa 10PF und die Eingangsimpedanz ist ziemlich hoch. Das Ausgangsende des Hochgeschwindigkeits-CMOS-Schaltkreises hat eine beträchtliche Tragfähigkeit, das heißt einen beträchtlichen Ausgangswert. Wenn das Ausgangsende eines Gates über eine lange Leitung zum Eingangsende mit relativ hoher Eingangsimpedanz geführt wird, ist das Reflexionsproblem sehr ernst, das Signalverzerrungen verursacht und das Systemrauschen erhöht. Wenn TPD oder TR, wird es zu einem Übertragungsleitungsproblem. Probleme wie Signalreflexion und Impedanzanpassung müssen berücksichtigt werden.

Die Verzögerungszeit des Signals auf der Leiterplatte hängt von der charakteristischen Impedanz der Leitung ab, das heißt von der Dielektrizitätskonstante des Leiterplattenmaterials. Es kann grob davon ausgegangen werden, dass die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals an der Leiterplatte etwa 1,3 bis 1,2 der Lichtgeschwindigkeit beträgt. Die tr (Standardverzögerungszeit) gängiger logischer Telefonelemente in dem System, das aus Mikrocontroller besteht, liegt zwischen 3 und 18ns.

Auf der Leiterplatte durchläuft das Signal einen 7W-Widerstand und eine 25cm lange Leitung, und die Online-Verzögerungszeit beträgt etwa 4,20ns. Mit anderen Worten, je kürzer die Signalleitung auf der gedruckten Schaltung, desto besser und die längste sollte 25cm nicht überschreiten. Darüber hinaus sollte die Anzahl der Vias so gering wie möglich sein, vorzugsweise nicht mehr als 2. [url href of www.51dz. COM in d.asp? I]topmanazhi] >>-mehr

Wenn die steigende Zeit des Signals schneller als die Signalverzögerungszeit ist, sollte es gemäß schneller Elektronik verarbeitet werden. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Impedanzanpassung der Übertragungsleitung berücksichtigt werden. Für die Signalübertragung zwischen den integrierten Blöcken auf einer Leiterplatte sollte td/TRD vermieden werden. Je größer die Leiterplatte, desto schneller kann das System nicht zu schnell sein.

Fassen Sie eine Regel des Leiterplattendesigns mit den folgenden Schlussfolgerungen zusammen:

Wenn das Signal auf der Leiterplatte übertragen wird, darf seine Verzögerungszeit nicht größer sein als die nominale Verzögerungszeit des verwendeten Geräts.

3. Verringern Sie Querstörungen zwischen Signalleitungen:

Ein Schrittsignal mit Anstiegszeit tr an Punkt a wird durch Leitung ab an Ende B übertragen. Die Verzögerungszeit des Signals auf Linie AB ist TD. An Punkt D wird aufgrund der Vorwärtsübertragung des Signals an Punkt a, der Signalreflexion nach Erreichen von Punkt B und der Verzögerung der Linie AB nach TD-Zeit ein Seitenimpulssignal mit Breite tr induziert. An Punkt C wird aufgrund der Übertragung und Reflexion des Signals auf AB ein positives Impulssignal mit einer Breite, die doppelt so lange verzögert wie das Signal auf AB-Leitung, also 2TD, induziert. Dies ist die Kreuzstörung zwischen Signalen. Die Intensität des Interferenzsignals hängt mit dem Di­Punkt C-Signal und dem Abstand zwischen den Leitungen zusammen. Wenn die beiden Signalleitungen nicht sehr lang sind, sehen Sie auf AB eigentlich die Überlagerung zweier Impulse.

Die Mikrosteuerung, die durch CMOS-Prozess hergestellt wird, hat eine hohe Eingangsimpedanz, ein hohes Rauschen und eine hohe Rauschtoleranz. Die digitale Schaltung wird mit 100,200mV Rauschen überlagert, was ihre Arbeit nicht beeinträchtigt. Handelt es sich bei der ersten Mock-Prüfung um ein AB-Signal, wird die Störung unerträglich. Wenn die Leiterplatte eine vierschichtige Platine ist, von denen eine eine große Erdungsfläche oder eine doppelseitige Platine ist, und die Rückseite der Signalleitung eine große Erdungsfläche ist, wird die Kreuzstörung zwischen Signalen kleiner. Der Grund ist, dass die charakteristische Impedanz der Signalleitung in einem großen Bereich reduziert wird und die Reflexion des Signals am d-Ende stark reduziert wird. Die charakteristische Impedanz ist umgekehrt proportional zum Quadrat der dielektrischen Konstante des Mediums von der Signallinie zur Masse und direkt proportional zum natürlichen Logarithmus der Mediumsdicke. Wenn die erste Mock-Prüfung AB ist, wird die Interferenz von CD zu AB vermieden. Es gibt eine große Fläche unterhalb der AB Linie. Der Abstand von AB-Linie zu CD-Linie ist größer als der von AB-Linie zu Erde. Lokale Abschirmung Masse kann verwendet werden, und Massedrähte können auf der linken und rechten Seite der Leitung auf der Seite mit Bleianschluss angeordnet werden.

4. Reduzieren Sie Geräusche von der Stromversorgung

Während das Netzteil dem System Energie liefert, fügt es auch sein Geräusch zur Stromversorgung hinzu. Die Reset-Leitung, Interrupt-Leitung und andere Steuerleitungen des Mikrocontrollers in der Schaltung sind am anfälligsten für externe Rauschen. Die starke Störung des Stromnetzes tritt über die Stromversorgung in den Stromkreis ein. Selbst im batteriebetriebenen System weist der Akku selbst hochfrequente Geräusche auf. Das analoge Signal in der analogen Schaltung kann den Störungen durch die Stromversorgung nicht standhalten.

5. Achten Sie auf die Hochfrequenzmerkmale von gedruckten Verdrahtungsbrettern und Komponenten

Bei hoher Frequenz können die Leitung, der Durchgang, der Widerstand, die Kapazität, die Verteilung der Anschlüsse, die Induktivität und die Kapazität auf der Leiterplatte nicht ignoriert werden. Die verteilte Kapazität von Kapazität und Induktivität kann nicht ignoriert werden. Der Widerstand spiegelt das Hochfrequenzsignal wider, und die verteilte Kapazität der Leitung spielt eine Rolle. Wenn die Länge größer als 1,20 der entsprechenden Wellenlänge der Rauschfrequenz ist, wird der Antenneneffekt erzeugt, und das Rauschen wird durch die Leitung nach außen übertragen.

Durch das Durchdringen der Leiterplatte entsteht eine Kapazität von ca. 0,6pf.

Das Verpackungsmaterial einer integrierten Schaltung selbst führt 2~6pf Kapazität ein.

Ein Stecker auf einer Leiterplatte hat eine verteilte 520nh Induktivität. Eine zweifache in-line 24-Pin IC-Chipbasis führt 4,18nh verteilte Induktivität ein.

Diese kleinen verteilten Parameter sind für das Mikrocontroller-System bei niedriger Frequenz vernachlässigbar; Besonderes Augenmerk muss auf Hochgeschwindigkeitssysteme gelegt werden.

6. Das Bauteillayout muss angemessen aufgeteilt werden

Die anti-elektromagnetischen Störungen sind bei der Anordnung der Bauteile auf der Leiterplatte vollständig zu berücksichtigen. Einer der Grundsätze ist, dass die Führung zwischen den Komponenten so kurz wie möglich sein muss. Im Layout müssen der analoge Signalteil, der digitale Hochgeschwindigkeitsschaltteil und der Rauschquellenteil (wie Relais, Hochstromschalter usw.) angemessen getrennt werden, um die Signalkopplung zwischen ihnen zu minimieren.

7. Handle den Erdungsdraht

Auf der Leiterplatte sind Netzkabel und Erdungskabel die wichtigsten. Das wichtigste Mittel zur Überwindung elektromagnetischer Störungen ist die Erdung.

Bei der beidseitigen Platine ist das Massedraht-Layout besonders wichtig. Durch die Annahme des Einzelpunkt-Erdungsverfahrens werden Stromversorgung und Masse von beiden Enden der Stromversorgung, einem Kontakt für die Stromversorgung und einem Kontakt für die Erde mit der Leiterplatte verbunden. Auf der Leiterplatte sollten mehrere Rückseitenerdungskabel vorhanden sein, die sich am Kontakt der Rücklaufstromversorgung sammeln, die die sogenannte Einpunkterdung ist. Durch die sogenannte Öffnung von analogen Erdungs-, digitalen Erdungs- und Hochleistungsgeräten wird die Verkabelung getrennt und schließlich zu diesem Erdungspunkt gesammelt. Abgeschirmte Kabel werden normalerweise verwendet, wenn Signale außerhalb der Leiterplatte angeschlossen werden. Für Hochfrequenz- und Digitalsignale sind beide Enden des geschirmten Kabels geerdet. Ein Ende des geschirmten Kabels für niederfrequentes analoges Signal muss geerdet sein.

Schaltungen, die sehr empfindlich gegen Rauschen und Störungen sind oder Schaltungen mit besonders starkem Hochfrequenzgeräusch sollten mit Metallabdeckungen abgeschirmt werden.

8. Verwenden Sie den Entkopplungskondensator.

Ein guter Hochfrequenz-Entkopplungskondensator kann hochfrequente Komponenten bis zu 1GHz entfernen. Keramische Chipkondensatoren oder mehrschichtige Keramikkondensatoren haben gute Hochfrequenzeigenschaften. Bei der Konstruktion einer Leiterplatte sollte zwischen Stromversorgung und Masse jeder integrierten Schaltung ein Entkopplungskondensator hinzugefügt werden. Der Entkopplungskondensator hat zwei Funktionen: Zum einen liefert und absorbiert der Energiespeicherkondensator des integrierten Stromkreises die Lade- und Entladenenergie zum Zeitpunkt des Öffnens und Schließen der Tür des integrierten Stromkreises; Auf der anderen Seite wird das hochfrequente Rauschen des Gerätes umgangen. Der typische Entkopplungskondensator von 0.1uF in digitaler Schaltung hat eine verteilte Induktivität 5NH, und seine parallele Resonanzfrequenz ist etwa 7MHz, das heißt, er hat einen guten Entkopplungseffekt auf das Rauschen unter 10MHz und hat wenig Effekt auf das Rauschen über 40MHz.

1uF, 10uF Kondensatoren, parallele Resonanzfrequenz über 20MHz, der Effekt der Entfernung von Hochfrequenzgeräuschen ist besser. Wo die Stromversorgung in die Leiterplatte gelangt, ist es oft vorteilhaft, einen Hochfrequenzkondensator von 1uF oder 10uF zu haben. Selbst batteriebetriebene Systeme benötigen diesen Kondensator.

Ein Ladungsentladungskondensator oder Speicherentladungskondensator ist allen zehn integrierten Schaltkreisen hinzuzufügen. Die Kapazität kann 10uF betragen. Es ist besser, keinen Elektrolytkondensator zu verwenden. Elektrolytkondensator wird durch zwei Schichten PU-Folie aufgerollt. Diese aufgerollte Struktur wird als Induktivität bei hoher Frequenz dargestellt. Es ist am besten, Gallenkondensator oder Polycarbonat Brühkondensator zu verwenden.

Der Entkopplungskapazitätswert ist nicht streng ausgewählt und kann als C.1 bis F berechnet werden; Das heißt, 10MHz wird als 0.1uF genommen, und für das System, das aus Mikrocontroller besteht, kann es als 0.1 oder 0.01uF genommen werden.

Drittens haben einige Erfahrungen mit der Verringerung von Rauschen und elektromagnetischen Störungen.

Wenn Sie Low-Speed Chips verwenden können, brauchen Sie keine High-Speed Chips. Hochgeschwindigkeits-Chips werden an wichtigen Stellen eingesetzt.

Eine Reihe von Widerständen kann verwendet werden, um die Sprunggeschwindigkeit der oberen und unteren Kanten des Steuerkreises zu reduzieren.

Versuchen Sie, eine Art Dämpfung für Relais usw. bereitzustellen.

Verwenden Sie die niedrigste Frequenzuhr, die die Systemanforderungen erfüllt.

Der Uhrengenerator ist so nah wie möglich am Gerät mit der Uhr. Die Schale des Quarzkristalloszillators muss geerdet sein.

Kreisen Sie den Uhrenbereich mit Erdungskabel um, und die Uhrenleitung muss so kurz wie möglich sein.

Der I/O-Antriebskreis muss sich so nah wie möglich an der Leiterplatte befinden, um die Leiterplatte so schnell wie möglich zu verlassen. Das in die Leiterplatte eintretende Signal muss gefiltert werden, und das Signal aus dem Bereich mit hohem Rauschen muss ebenfalls gefiltert werden. Gleichzeitig ist das Verfahren des String-Klemmenwiderstands anzuwenden, um die Signalreflexion zu verringern.

Die nutzlose Klemme des MCD muss hoch oder geerdet oder als Ausgangsklemme definiert sein. Alle Klemmen, die an die Stromversorgungserde des integrierten Stromkreises angeschlossen sind, müssen angeschlossen sein und dürfen nicht aufgehängt werden.

Das Eingangsende der nicht genutzten Gate-Schaltung darf nicht aufgehängt werden, das positive Eingangsende des nicht verwendeten Operationsverstärker muss geerdet werden, und das negative Eingangsende muss mit dem Ausgangsende verbunden sein. (10) Die Leiterplatte muss 45-unterbrochene Leitungen anstelle von 90-unterbrochenen Leitungen so weit wie möglich verwenden, um die externe Übertragung und Kopplung von Hochfrequenzsignalen zu verringern.

Die Leiterplatte ist nach den Frequenz- und Stromschalteigenschaften unterteilt, und die Rauschkomponenten und Nichtrauschkomponenten sollten weiter entfernt sein.

Ein-Punkt-Erdungs-Netzteil und ein-Punkt-Erdung sind für einzelne Platte und doppelseitige Platte zu verwenden. Die Stromleitung und der Erdungskabel müssen so dick wie möglich sein. Wenn es erschwinglich ist, wird mehrschichtige Platine verwendet, um die Kapazitätsinduktivität von Stromversorgung und Masse zu reduzieren.

Takt-, Bus- und Chipauswahlsignale müssen weit von I/O-Leitungen und Steckern entfernt sein.

Analoge Spannungseingangsleitung und Referenzspannungsklemme müssen so weit wie möglich von der digitalen Schaltungssignalleitung entfernt sein, insbesondere Takt.

Bei einem D-Gerät sollten der digitale und der analoge Teil vereinheitlicht statt gekreuzt werden.

Die Taktleitung senkrecht zur I.O-Leitung weist weniger Interferenzen auf als die parallele I.O-Leitung, und der Taktelementpin ist weit vom I.O-Kabel entfernt.

Der Elementstift muss so kurz wie möglich und der Entkopplungskondensator-Pin so kurz wie möglich sein.

Die Schlüssellinien müssen so dick wie möglich sein, und auf beiden Seiten sind Schutzbereiche hinzuzufügen. Hochgeschwindigkeitslinien sollten kurz und gerade sein.

Rauschempfindliche Leitungen dürfen nicht parallel zu großen Strom- und Hochgeschwindigkeitsschaltleitungen verlaufen.

Führen Sie keine Drähte unter Quarzkristallen und geräuschempfindlichen Geräten.

Bilden Sie keine Stromschleife um schwache Signalschaltung und Niederfrequenzschaltung.

Bilden Sie keine Schleife für ein Signal. Wenn es unvermeidlich ist, halten Sie den Schleifenbereich so klein wie möglich.

Ein Entkopplungskondensator pro IC. Zu jedem Elektrolytkondensator ist ein kleiner Hochfrequenz-Bypass-Kondensator hinzuzufügen.

Verwenden Sie Tantalkondensator mit hoher Kapazität oder Polykühlkondensator anstelle von Elektrolytkondensator als Schaltungs- und Entladungsenergiespeicherkondensator. Bei Verwendung von Rohrkondensatoren muss die Hülle geerdet werden.