Leiterplattentechnisch - Unterdrückung der Quelle elektromagnetischer Störungen in elektronischen Geräten

Elektromagnetische Störungen sind in allen Arten von elektronischen und elektrischen Geräten weit verbreitet, und verschiedene elektronische und elektrische Geräte emittieren mehr oder weniger elektromagnetische Wellen, wenn sie arbeiten, was zu Störungen des normalen Betriebs der gesamten Ausrüstung führt. Bei der Gestaltung elektronischer Produkte sind einige elektrische und elektronische Produkte aufgrund unzureichender Berücksichtigung der elektromagnetischen Verträglichkeit nicht qualifiziert. Daher fasst der Autor einige Punkte zusammen, die beachtet werden sollten.

Erdanschluss

Die analogen und digitalen Schaltungen haben unabhängige Strom- und Erdungspfade. Versuchen Sie, die Strom- und Masseleitungen der beiden Teile der Schaltung zu erweitern, oder verwenden Sie getrennte Energie- und Masseleitungen, um die Impedanz der Leistungs- und Masseschleifen zu reduzieren und mögliche Störspannungen in der Energie- und Masseschaltung zu reduzieren.

Die analoge Masse und die digitale Masse einer separat arbeitenden Leiterplatte können an einem einzigen Punkt in der Nähe des Systembodens angeschlossen werden. Ist die Netzspannung gleich, wird die Stromversorgung der analogen und digitalen Schaltung an einem einzigen Punkt am Stromeingang angeschlossen. Wenn die Netzspannung inkonsistent ist, liegen die beiden Stromquellen näher. Platzieren Sie einen -1～2μf Kondensator, um einen Pfad für den Signalrückstrom zwischen den beiden Stromquellen bereitzustellen.

Der ideale Massedraht ist eine physikalische Einheit mit Nullimpedanz und Nullpotential. Es ist nicht nur ein Bezugspunkt für das Signal, sondern erzeugt auch keinen Spannungsabfall, wenn Strom fließt. In tatsächlichen elektrischen und elektronischen Geräten existiert diese Art von idealem Erdungskabel nicht, und ein Spannungsabfall tritt unweigerlich auf, wenn Strom durch den Erdungskabel fließt. Dementsprechend kann der Entstehungsmechanismus der Interferenz im Erdungsdraht den folgenden zwei Punkten zugeordnet werden. Reduzieren Sie zuerst die Impedanz der niedrigen Impedanz und die Impedanz des Leistungszuführers. Zweitens wählen Sie die Erdungsmethode richtig und blockieren Sie die Erdungsschleife. Entsprechend der Erdungsmethode gibt es schwimmende Erde, Einpunkt-Erdung, Mehrpunkt-Erdung und gemischte Erdung. Wenn die Störung der empfindlichen Leitung hauptsächlich aus dem Außenraum oder der Systemhülle kommt, kann der schwimmende Boden verwendet werden, um dieses Problem zu lösen. Die schwimmende Bodenausrüstung ist jedoch anfällig für statische Stromakkumulation. Wenn die Ladung ein bestimmtes Niveau erreicht, tritt elektrostatische Entladung auf, so dass der schwimmende Boden nicht für die Verwendung für allgemeine elektronische Geräte geeignet ist.

Anforderungen an das Layout von Leiterplattenkomponenten

Das Layout von Schaltungskomponenten und Signalpfaden muss die gegenseitige Kopplung unerwünschter Signale minimieren:

(1) Der niedere elektronische Signalkanal sollte sich nicht in der Nähe des Hochsignalkanals und ungefilterter Stromleitungen befinden, einschließlich Schaltungen, die transiente Prozesse erzeugen können.

(2) Logikschaltungen mit hoher, mittlerer und niedriger Geschwindigkeit verwenden verschiedene Bereiche auf der Leiterplatte.

(3) Bei der Anordnung der Schaltung sollte die Länge der Signalleitung minimiert werden.

(4) Stellen Sie sicher, dass es keine übermäßig langen parallelen Signalleitungen zwischen benachbarten Leiterplatten, zwischen benachbarten Ebenen derselben Leiterplatte und zwischen benachbarten Verkabelungen auf derselben Ebene gibt.

(5) Der Filter für elektromagnetische Störungen (EMI) sollte so nah wie möglich an der EMI-Quelle sein und auf derselben Platine platziert werden.

(6) DC/DC-Wandler, Schaltelemente und Gleichrichter sollten so nah wie möglich am Transformator angebracht werden, um die Länge ihrer Drähte zu minimieren.

(7) Platzieren Sie die Spannungsregelkomponente und den Filterkondensator so nah wie möglich an der Gleichrichterdiode.

(8) Die Leiterplatte wird entsprechend Frequenz- und Stromschalteigenschaften unterteilt, und die Rauschkomponenten und Nichtrauschkomponenten sollten weiter auseinander liegen.

(9) Die auf Rauschen empfindliche Verdrahtung sollte nicht parallel zur Hochstrom-, Hochgeschwindigkeits-Schaltleitung sein.

Multilayer Board Design

Bei der mehrschichtigen Leiterplattendesign sollte die Energieebene nahe an der Bodenebene und unterhalb der Bodenebene angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Kapazität zwischen den beiden Metallplatten als Glättkondensator für die Stromversorgung verwendet werden, und die Masseebene schirmt auch den auf der Leistungsebene verteilten Strahlungsstrom ab; Um Flussunterdrückung zu erzeugen, sollte die Verdrahtungsschicht neben der gesamten Metallebene angeordnet sein. Die gedruckten Linien in der mittleren Schicht bilden einen planaren Wellenleiter, und eine Mikrostreifenlinie wird auf der Oberfläche gebildet. Die Übertragungseigenschaften der beiden sind unterschiedlich; Taktkreise und Hochfrequenzschaltungen sind die Hauptquellen für Störungen und Strahlung. Sie müssen getrennt und weit weg von empfindlichen Schaltkreisen angeordnet sein; Alle Leiterplatten mit einer bestimmten Spannung strahlen elektromagnetische Energie in den Weltraum ab. Um diesen Effekt zu reduzieren, sollte die physische Größe der Leiterplatte 20H kleiner sein als die physische Größe der nächsten Erdungsplatte, wobei H die Oberfläche der beiden Leiterplatten ist. Abstand. Entsprechend der allgemeinen typischen Druckplattengröße ist 20H im Allgemeinen etwa 3mm,

Um elektromagnetisches Übersprechen zu vermeiden, das durch den relativ kleinen Abstand zwischen zwei gedruckten Linien verursacht wird, sollte jeder Zeilenabstand mindestens das 2-fache der gedruckten Zeilenbreite beibehalten werden, d.h. nicht weniger als 2W, wobei w die Breite der gedruckten Linie ist.

Entkopplungskondensator einstellen

Ein guter Hochfrequenz-Entkopplungskondensator kann hochfrequente Komponenten bis 1GHZ entfernen. Keramische Chipkondensatoren oder mehrschichtige Keramikkondensatoren haben bessere Hochfrequenzeigenschaften. Beim Entwurf einer Leiterplatte muss zwischen Leistung und Masse jeder integrierten Schaltung ein Entkopplungskondensator hinzugefügt werden. Der Entkopplungskondensator hat zwei Funktionen: Zum einen ist es der Energiespeicherkondensator des integrierten Stromkreises, der die Lade- und Entladenenergie zum Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des integrierten Stromkreises bereitstellt und absorbiert; Auf der anderen Seite umgeht es das Hochfrequenzgeräuschen des Geräts.

Unterdrückung der elektromagnetischen Kopplung zwischen Leitungen

Reduzieren Sie den Schleifenbereich von Störquellen und empfindlichen Schaltungen. Der beste Weg besteht darin, Twisted-Pair-Drähte und geschirmte Drähte zu verwenden, so dass der Signaldraht und der Massedraht (oder stromführende Schaltung) miteinander verdreht werden, so dass der Abstand zwischen dem Signal und dem Massedraht (oder stromführende Schaltung) am kürzesten ist; Der Abstand zwischen den Leitungen macht die gegenseitige Induktivität zwischen der Störquelle und der induzierten Leitung so klein wie möglich; Wenn möglich, werden die Störquellenleitung und die induzierte Leitung im rechten Winkel (oder nahe an rechten Winkeln) verdrahtet, was die beiden Kopplungen zwischen den Leitungen erheblich reduzieren kann;

Andere Möglichkeiten, Rauschen und elektromagnetische Störungen zu reduzieren

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

(2) Versuchen Sie, eine Art Dämpfung für Relais usw. bereitzustellen.

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

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

(5) Die I/O-Antriebsschaltung 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.

(6) 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.

(7) Die Leiterplatte sollte versuchen, 45-Grad-Falzlinien anstelle von 90-Grad-Falzlinien zu verwenden, um die externe Emission und Kopplung von Hochfrequenzsignalen zu reduzieren.

(8) Die Takt-, Bus- und Chipauswahlsignale sollten weit weg von I/O-Leitungen und Steckern sein.

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

Bei A/D-Geräten würden der digitale und der analoge Teil lieber vereinheitlicht als gekreuzt.

(10) Führen Sie keine Drähte unter dem Quarzkristall und unter geräuschempfindlichen Geräten.

Abschließend

Beim PCB-Design ist es notwendig, die Auswirkungen verschiedener Interferenzen zu berücksichtigen. Ein vollständiger Entwurf kann elektromagnetische Störungen effektiv simulieren, den Produktdesignzyklus verkürzen und die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems verbessern.