Leiterplattentechnisch - Wie verbessert man die Störfestigkeit und EMV der Leiterplatte?

Bei der Entwicklung elektronischer Produkte mit Prozessoren, heute ipcb zu erklären, wie die Anti-Interferenz-Fähigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit verbessert werden kann?

1. Die folgenden Systeme sollten der elektromagnetischen Störung besondere Aufmerksamkeit schenken:

(1) Ein System mit hoher Taktfrequenz und schnellem Buszyklus.

(2) Das System enthält hohe Leistung, Hochstromantriebsschaltung, wie Funkenerzeugungsrelais, Hochstromschalter und so weiter.

(3) Das System schließt eine schwache analoge Signalschaltung und eine hohe LED-D-Umwandlungsschaltung ein.

2. Um die anti-elektromagnetische Störfähigkeit des Systems zu erhöhen, werden die folgenden Maßnahmen ergriffen:

(1) Niedrigfrequenzmikcontroller ausgewählt

Die Wahl des Mikrocontrollers mit niedriger externer Taktfrequenz kann das 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 die der Sinuswelle. Obwohl die Amplitude der Hochfrequenzkomponente der Quadratwelle kleiner ist als die der Grundwelle, je höher die Frequenz, desto einfacher ist es, auszustrahlen und eine Rauschquelle zu werden. Das einflussreiche Hochfrequenzrauschen des Mikrocontrollers ist etwa dreimal so hoch wie die Taktfrequenz.

(2) Verringerung der Verzerrung bei der Signalübertragung

Der Mikrocontroller wird hauptsächlich durch Hochgeschwindigkeits-CMOS-Technologie hergestellt. Der statische Eingangsstrom des Signaleingangs beträgt etwa 1mA, die Eingangskapazität beträgt etwa 10PF, die Eingangsimpedanz ist sehr hoch, und das Hochgeschwindigkeits-CMOS Das Ausgangsende der Schaltung hat eine beträchtliche Lastkapazität, das heißt einen beträchtlichen Ausgangswert. Wenn das Ausgangsende eines Gates über eine lange Leitung zum Eingangsanschluss mit hoher Eingangsimpedanz geführt wird, ist das Reflexionsproblem sehr ernst, was zu Signalverzerrungen und erhöhtem Systemrauschen führt. Wenn TPD ＞ TR, wird es zu einem Übertragungsleitungsproblem. Wir müssen Signalreflexion, Impedanzanpassung und so weiter berücksichtigen.

Die Verzögerungszeit des Signals auf der Leiterplatte hängt von der charakteristischen Impedanz des Leiterdrahtes ab, d.h. der Dielektrizitätskonstante des Leiterplattenmaterials. Es kann grob betrachtet werden, dass die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals in den Leiterplattenleitungen etwa 1,3 bis 1,2 der Lichtgeschwindigkeit beträgt. Die tr (Standardverzögerungszeit) der logischen Telefonkomponenten in dem System, das aus Mikrocontroller besteht, liegt zwischen 3 und 18 ns.

Auf der Leiterplatte durchläuft das Signal einen 7W Widerstand und eine 25cm lange Leitung, und die on-line Verzögerungszeit beträgt etwa 4,20ns. Mit anderen Worten, je kürzer die Leitung auf der Leiterplatte, desto besser, und die Länge sollte 25cm nicht überschreiten. Und die Anzahl der Durchkontaktierungen sollte auch so klein wie möglich sein, nicht mehr als 2.

Wenn die steigende Zeit des Signals schneller als die Verzögerungszeit des Signals ist, sollte es gemäß schneller Elektronik verarbeitet werden. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Impedanzanpassung der Übertragungsleitung berücksichtigt werden. Für die Signalübertragung zwischen integrierten Blöcken auf einer Leiterplatte ist es notwendig, die Situation von TD ＂ TRD zu vermeiden. Je größer die Leiterplatte ist, desto weniger schnell kann das System sein.

Eine Regel des Leiterplattendesigns wird mit den folgenden Schlussfolgerungen zusammengefasst:

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

(3) Verringern Sie die Kreuzstörung zwischen Signalleitungen

Ein Schrittsignal mit Anstiegszeit von TR an Punkt a wird an Anschluss B durch Leitung ab übertragen. Die Verzögerungszeit des Signals auf der AB-Leitung ist TD. An Punkt D, aufgrund der Vorwärtsübertragung des Signals an Punkt a, der Signalreflexion nach Erreichen von Punkt B und der Verzögerung der Linie AB, wird nach TD-Zeit ein Seitenimpulssignal mit Breite von TR induziert. An Punkt C wird aufgrund der Übertragung und Reflexion des Signals auf AB ein positives Impulssignal mit einer Breite von der doppelten Verzögerungszeit des Signals auf der AB-Leitung induziert, das heißt ein 2TD positives Impulssignal. Dies ist Kreuzstörung zwischen Signalen. Die Intensität des Interferenzsignals hängt mit dem Di­at des C-Punktsignals und dem Abstand zwischen den Leitungen zusammen. Wenn die beiden Signalleitungen nicht sehr lang sind, ist das, was auf AB tatsächlich zu sehen ist, die Überlagerung von zwei Impulsen.

Die Mikrosteuerung durch CMOS-Technologie hat eine hohe Eingangsimpedanz, ein hohes Rauschen und eine hohe Rauschtoleranz. Die digitale Schaltung ist mit 100,200mV Rauschen überlagert, was seine Arbeit nicht beeinträchtigt. Wenn die erste Mock-Prüfung ein AB-Signal ist, wird die Störung unerträglich. Wenn die Leiterplatte eine vierschichtige Platine ist, von denen eine eine große Erdungsfläche oder eine doppelseitige Platine ist, und die gegenüberliegende Seite der Signalleitung eine große Erdungsfläche ist, wird die Kreuzstörung zwischen Signalen reduziert.

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 ist. Die charakteristische Impedanz ist umgekehrt proportional zum Quadrat der dielektrischen Konstante zwischen der Signallinie und der Masse und proportional zum natürlichen Logarithmus der dielektrischen Dicke. 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 des Leitungsdrahts auf einer Seite mit Bleianschluss angeordnet werden.

(4) Reduzieren Sie Geräusche von der Stromversorgung

Das Netzteil liefert nicht nur Energie an das System, sondern fügt auch sein Geräusch zur Stromversorgung hinzu. Die Reset-Leitung, Interrupt-Leitung und andere Steuerleitungen des Mikrocontrollers in der Schaltung sind leicht durch äußeres Rauschen gestört zu werden. 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 Leiterplatten und Komponenten

Im Falle der Hochfrequenz kann die Verteilung von Leitungen, Durchkontaktierungen, Widerständen, Kondensatoren, Steckern, Induktivität und Kapazität auf der Leiterplatte nicht ignoriert werden. Die verteilte Induktivität der Kapazität kann nicht ignoriert werden, und die verteilte Induktivität der Induktivität kann nicht ignoriert werden. Wenn die Länge des Drahtes größer als 1,20 der entsprechenden Wellenlänge der Rauschfrequenz ist, tritt der Antenneneffekt auf, und das Rauschen wird durch den Draht emittiert.

(6) Das Layout der Komponenten sollte vernünftig unterteilt werden

Das Problem der elektromagnetischen Störung sollte vollständig berücksichtigt werden, wenn die Komponenten auf der Leiterplatte angeordnet sind. Einer der Grundsätze ist, dass der Führungsdraht zwischen den Komponenten so kurz wie möglich sein sollte.

(7) Gute Verwendung des Entkopplungskondensators

Ein guter Hochfrequenz-Entkopplungskondensator kann Hochfrequenz-Komponenten bis zu 1GHz entfernen. Die Hochfrequenzkennlinie des keramischen Chipkondensators oder des mehrschichtigen Keramikkondensators ist besser. Bei der Gestaltung der Leiterplatte sollte ein Entkopplungskondensator zwischen der Stromversorgung und der Masse jeder integrierten Schaltung hinzugefügt werden. Der Entkopplungskondensator hat zwei Funktionen: Auf der einen Seite ist es der Energiespeicherkondensator des integrierten Schaltkreises, um die Lade- und Entladenenergie zum Zeitpunkt des Öffnens und Schließen der Tür des integrierten Schaltkreises bereitzustellen und zu absorbieren; Auf der anderen Seite umgeht es das hochfrequente Rauschen des Geräts. In digitalen Schaltungen hat die typische Entkopplungskapazität von 0.1uF eine verteilte Induktivität 5NH, und seine parallele Resonanzfrequenz beträgt etwa 7MHz, was bedeutet, dass sie einen guten Entkopplungseffekt für Rauschen unter 10MHz hat und kaum für Rauschen über 40MHz arbeitet.