Leiterplattentechnisch - PCB Layer Design und EMC Diskussion

Im Prozess der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte Design, Design der elektromagnetischen Verträglichkeit ist ein wichtiger und schwieriger Punkt. In diesem Beitrag wird diskutiert, wie die elektromagnetischen Störungen, die durch Leitungskopplung und Strahlungskopplung verursacht werden, reduziert und die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert werden kann, indem der Ausbreitungsweg der Kopplungsquelle unter Berücksichtigung der Aspekte des Schichtzahlentwurfs und des Schichtlayouts reduziert wird..

Die Einführung

Viele Zuverlässigkeits- und Stabilitätsprobleme elektronischer Produkte werden durch schlechte elektromagnetische Verträglichkeit verursacht. Häufige Probleme sind Signalverzerrung, Signalrauschen ist zu groß, Signalinstabilität im Arbeitsprozess, das System ist leicht zu crashen, das System ist anfällig für Umweltstörungen, schlechte Antiinterferenzfähigkeit usw. Emc-Design ist eine sehr komplexe Technologie, vom Entwurf bis zum Elektromagnetismus und anderen Aspekten des Wissens. Dieses Papier diskutiert einige erfahrungsmäßige Fähigkeiten des Layer-Designs und Layer-Layouts, um einige Referenzen für Elektroniker zu liefern.

Ebenenkonfiguration

Leiterplattenschicht umfasst hauptsächlich Leistungsschicht, Schicht und Signalschicht, Schichtzahl ist die Summe der Anzahl jeder Schicht. Im Entwurfsprozess besteht der Schritt darin, alle Quellen und Orte sowie verschiedene Signale zu koordinieren und zu klassifizieren und auf Basis der Klassifizierung einzusetzen und zu entwerfen. Im Allgemeinen sollten verschiedene Netzteile in verschiedene Schichten unterteilt werden, und verschiedene Bodenebenen sollten korrespondieren. Verschiedene spezielle Signale, wie Takt-Hoch- und Frequenzsignale, benötigen eine separate Designschicht und müssen die Masseebene erhöhen, um spezielle Signale abzuschirmen, um die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern. Natürlich sind auch Kosten ein Faktor, der zu berücksichtigen ist, und ein Gleichgewicht zwischen elektromagnetischer Verträglichkeit und Kosten während des Entwurfsprozesses sollte gefunden werden.

Die erste Überlegung bei der Auslegung der Stromversorgungsschicht ist die Art und Menge der Stromversorgung. Wenn es nur ein Netzteil gibt, betrachten Sie eine einzelne Versorgungsschicht. Bei hoher Nachfrage nach Stromversorgung können mehrere Versorgungsschichten Geräte unterschiedlicher Schichten mit Strom versorgen. Wenn es mehrere Stromversorgungen gibt, können Sie mehrere Stromversorgungsebenen entwerfen oder verschiedene Stromversorgungsebenen in derselben Stromversorgungsebene aufteilen. Die Prämisse der Segmentierung ist, dass es keine Crossover zwischen Stromversorgungen gibt. Bei Crossover müssen mehrere Versorgungsschichten ausgelegt werden.

Das Design der Signalschichten berücksichtigt die Eigenschaften aller Signale. Die Schichtung und Abschirmung von Sondersignalen sind begrenzte Probleme. Im Allgemeinen wird es zuerst mit Entwurfssoftware entworfen und dann nach spezifischen Details modifiziert. Sowohl die Signaldichte als auch die Integrität eines bestimmten Signals müssen beim Schichtdesign berücksichtigt werden. Für besondere Informationen muss die Bodenebene bei Bedarf als Abschirmschicht ausgeführt werden.

Im Allgemeinen wird es nicht empfohlen, einzelne oder doppelte Platten aus anderen Gründen als reinen Kosten zu entwerfen. Weil einzelne Platte und Doppelplatte, obwohl die Verarbeitung einfach und kostengünstig ist, aber im Fall von hoher Signaldichte und komplexer Signalstruktur, wie Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltung oder analoger gemischter Schaltung, weil einzelne Platte keine spezielle Referenzerdungsschicht hat, erhöht sich der Schleifenbereich, die Strahlungsverbesserung. Durch das Fehlen einer wirksamen Abschirmung wird auch die Antiblockierfähigkeit des Systems reduziert.

Layout der Leiterplattenschicht

Nach der Bestimmung des Signals und der Schicht muss auch das Layout jeder Schicht wissenschaftlich gestaltet werden.

Das Layout des Leiterplattendesigns folgt den folgenden Prinzipien:

(1) Angrenzend an die Stromversorgungsschichtebene zur entsprechenden Erdungsebene. Der Zweck dieses Designs ist es, Kopplungskapazität zu bilden und in Verbindung mit der Entkopplungskapazität auf der Leiterplatte die Impedanz der Leistungsebene zu reduzieren, während ein breiterer Filtereffekt erreicht wird.

(2) Die Auswahl der Referenzschicht ist sehr wichtig. Theoretisch können sowohl die Stromversorgungsschicht als auch die Erdungsebene als Referenzschicht verwendet werden, aber die Erdungsebene kann im Allgemeinen geerdet werden, so dass der Abschirmungseffekt viel besser ist als die Stromversorgungsschicht. Daher wird die Grundebene im Allgemeinen als Bezugsebene bevorzugt.

(3) Schlüsselsignale zweier benachbarter Schichten können den Segmentierungsbereich nicht durchqueren. Andernfalls wird eine größere Signalschleife gebildet, die zu starker Strahlung und Kopplung führt.

(4) Um die Integrität der Erdungsebene aufrechtzuerhalten, ist eine Verdrahtung auf der Erdungsebene nicht zulässig. Ist die Signalleitungsdichte zu hoch, kann eine Verdrahtung am Rand der Leistungsschicht in Betracht gezogen werden.

(5) im Hochgeschwindigkeitssignal, Signal, Hochfrequenzsignal und anderen Schlüsselsignalen unterhalb des Entwurfs der Bodenschicht, so dass der Weg der Signalschleife am kürzesten ist, ist die Strahlung die kleinste.

(6) Wie man mit der Strahlung der Stromversorgung und Interferenzen auf das gesamte System umgeht, muss im Prozess der Hochgeschwindigkeitsschaltung berücksichtigt werden. Im Allgemeinen sollte die Fläche der Leistungsschichtebene kleiner sein als die der Erdungsebene, so dass die Erdungsebene die Stromversorgung abschirmen kann. Im Allgemeinen ist die Leistungsebene erforderlich, um das 2-fache der Dicke des Mediums als die Erdungsebene einzudrücken. Wenn Sie die Vertiefung der Leistungsschicht reduzieren möchten, machen Sie die Dicke des Mediums so klein wie möglich.

Allgemeine Grundsätze, die bei der Layoutgestaltung von mehrschichtigen Leiterplatten zu beachten sind:

(1) Die Ebene der Stromversorgungsschicht sollte nahe an der Erdungsebene sein und unter der Erdungsebene entworfen werden.

(2) Verdrahtungsschicht sollte neben der gesamten Metallebene entworfen werden.

(3) digitales Signal und analoges Signal, um Isolationsdesign zu haben, vor allem, um digitales Signal und analoges Signal in der gleichen Schicht zu vermeiden, wenn nicht vermeiden kann, kann analoges Signal und digitale Signalbereichsverdrahtung verwenden, mit Nuten und anderen Möglichkeiten, den analogen Signalbereich und den digitalen Signalbereich zu isolieren. Gleiches gilt für analoge und digitale Netzteile. Vor allem das digitale Netzteil, die Strahlung ist sehr groß, muss isoliert und abgeschirmt werden.

(4) Die gedruckten Linien in der mittleren Schicht bilden einen planaren Wellenleiter, und die Mikrostreifenlinien in der Oberflächenschicht bilden unterschiedliche Übertragungseigenschaften.

(5) Taktschaltung und Hochfrequenzschaltung ist die Hauptquelle von Störungen und Strahlung, muss separat angeordnet werden, weg von der empfindlichen Schaltung.

(6) Der Streustrom und der hochfrequente Strahlungsstrom in verschiedenen Schichten enthalten sind unterschiedlich, so dass sie bei der Verdrahtung nicht gleich behandelt werden können.

Schlussfolgerung

Die elektromagnetische Verträglichkeit von Leiterplatte kann durch Ebenenzahlendesign und Ebenenlayout erheblich verbessert werden. Das Schichtendesign berücksichtigt hauptsächlich die Leistungsschicht und die Bodenschicht, Hochfrequenzsignal, Spezialsignal, Empfindliches Signal. Das Layout der Ebene berücksichtigt hauptsächlich verschiedene Kopplungen, Erdungs- und Stromleitungsanordnung, Takt- und Hochgeschwindigkeitssignallayout, Analoges Signal und digitales Informationslayout.