Noticias de PCB - Investigación sobre la compatibilidad electromagnética de la placa de circuito impreso de alimentación

Con la mejora del rendimiento de los dispositivos semiconductores de potencia y la innovación de la tecnología de conversión de interruptores, la tecnología electrónica de potencia se ha utilizado ampliamente en varios equipos de alimentación. En la actualidad, los productos de la fuente de alimentación del interruptor son a menudo pequeños, PCB de alta velocidad y alta densidad. Esta tendencia ha hecho que los problemas de compatibilidad electromagnética se vuelvan cada vez más graves. El proceso de conmutación de alta frecuencia de voltaje y corriente producirá una gran cantidad de EMI (interferencia electromagnética). Si no se limita esta parte de la interferencia, afectará seriamente el funcionamiento normal del equipo eléctrico circundante. Por lo tanto, el diseño de PCB de la fuente de alimentación del interruptor es un aspecto importante para resolver el problema de la compatibilidad electromagnética de la fuente de alimentación del interruptor. El PCB se considera un componente indispensable e importante en el diseño de la fuente de alimentación del interruptor porque es responsable de la doble conexión de los componentes eléctricos y mecánicos de la fuente de alimentación del interruptor y es la clave para reducir el diseño EMI de los equipos electrónicos.

1 interferencia electromagnética en el diseño de PCB

1.1 interferencia de acoplamiento electromagnético

En el diseño del circuito, la interferencia de acoplamiento electromagnético afecta principalmente a otros circuitos a través del acoplamiento de conducción y el acoplamiento de resistencia de modo común. Desde el punto de vista del diseño emc, el circuito de alimentación del interruptor es diferente del circuito digital ordinario, con una fuente de interferencia relativamente obvia y líneas sensibles. En términos generales, las fuentes de interferencia de las fuentes de alimentación del interruptor se concentran principalmente en componentes y cables con grandes tasas de variación de voltaje y corriente, como tubos de efecto de campo de potencia, diodos de recuperación rápida, transformadores de alta frecuencia y sus cables conectados. Las líneas sensibles se refieren principalmente a los circuitos de control y a las líneas conectadas directamente al equipo de medición de interferencias, ya que estos acoplamientos de interferencia pueden afectar directamente el funcionamiento normal del circuito y el nivel de interferencia transmitida al exterior. El acoplamiento de resistencia de modo común se refiere al voltaje formado en la resistencia pública de un circuito cuando la corriente de dos circuitos pasa por una resistencia pública, que afecta a otro circuito.

1.2 interferencia de conversación cruzada

La interferencia de conversación cruzada entre tiras, cables y cables en la placa de circuito impreso es uno de los problemas más difíciles de superar en el circuito de la placa de circuito impreso. La conversación cruzada mencionada aquí es una conversación cruzada en un sentido más amplio, ya sea que la fuente sea una señal útil o ruido, la conversación cruzada se expresa por la capacidad mutua y la inducción mutua del cable. Por ejemplo, la línea de banda en el PCB lleva el nivel de control y lógica, y la segunda línea de banda cerca de ella lleva la señal de bajo nivel. Cuando la longitud del cableado paralelo supera los 10 cm, se espera que haya interferencia de conversación cruzada; La interferencia de crosstalk también se convierte en un problema importante cuando un cable largo lleva varios grupos de datos de alta velocidad en serie o en paralelo y líneas de control remoto. La conversación cruzada entre cables eléctricos adyacentes es causada por campos eléctricos a través de condensadores mutuos y campos magnéticos a través de la inducción mutua.

Al considerar el problema de la conversación cruzada en la banda de pcb, el principal problema es determinar cuál es más importante en el acoplamiento de campos eléctricos (condensadores mutuos) y campos magnéticos (transformadores de inducción mutua). La determinación del modelo de acoplamiento depende principalmente de la resistencia de la línea, la frecuencia y otros factores. En general, el acoplamiento capacitivo predomina a altas frecuencias, pero si uno o dos de los receptores o fuentes utilizan un cable blindado y están conectados a tierra en ambos extremos del blindaje, predominará el acoplamiento magnético. Además, la baja resistencia del circuito suele ser baja a baja frecuencia, y el acoplamiento inductivo es el factor principal.

1.3 interferencia de radiación electromagnética

La interferencia de radiación es una interferencia introducida debido a la radiación de ondas electromagnéticas en el espacio. La radiación electromagnética de PCB se divide en dos tipos: radiación de modo diferencial y radiación de modo común. En la mayoría de los casos, la interferencia transmitida producida por la fuente de alimentación del interruptor es principalmente la interferencia de modo común, y la eficiencia de radiación de la interferencia de modo común debe ser mucho mayor que la interferencia de modo diferencial. Por lo tanto, en el diseño EMC de la fuente de alimentación del interruptor, es particularmente importante reducir la interferencia de modo común. (', ¿ rfsw ¿ t?)

2 pasos de supresión de interferencia de PCB

2.1 Información sobre el diseño de PCB

Al diseñar un pcb, necesita conocer la información de diseño de la placa de circuito, que incluye lo siguiente:

(1) número de equipos, tamaño de los equipos y embalaje de los equipos;

(2) requisitos para el diseño general, la ubicación del diseño del dispositivo, si hay dispositivos de alta potencia y requisitos especiales para la disipación de calor de los dispositivos de chip;

(3) la velocidad del chip digital, si el PCB se divide en áreas de baja, media y alta velocidad, cuáles son las áreas de entrada y salida de la interfaz;

(4) tipo, velocidad y dirección de transmisión de la línea de señal, requisitos de control de resistencia de la línea de señal, dirección y conducción de la velocidad del autobús, señales clave y medidas de protección;

(5) tipo de fuente de alimentación, tipo de puesta a tierra, requisitos de tolerancia al ruido de la fuente de alimentación y la puesta a tierra, configuración y División de la fuente de alimentación y el plano de tierra;

(6) el tipo y la velocidad de la línea del reloj, la fuente y el destino de la línea del reloj, los requisitos de retraso del reloj y los requisitos de cableado más largos.

2.2 estratificación de PCB

En primer lugar, se determina el número de capas de cableado y suministro de energía necesarias para realizar la función dentro de un rango de costos aceptable. El número de capas de la placa de Circuito está determinado por factores como los requisitos funcionales detallados, la inmunidad, la separación de las categorías de señal, la densidad del dispositivo y el cableado del autobús. En la actualidad, la placa de circuito se ha desarrollado gradualmente de una sola capa, dos capas y cuatro capas a una placa de circuito múltiple. El diseño de placas de circuito impreso multicapa es la principal medida para lograr estándares de compatibilidad electromagnética. Los requisitos son:

(1) la distribución de capas de energía separadas y formaciones de tierra puede inhibir bien la interferencia de modo común inherente y reducir la resistencia de la fuente puntual;

(2) el plano de alimentación y el plano de puesta a tierra están lo más cerca posible entre sí, y el plano de puesta a tierra suele estar por encima del plano de alimentación;

(3) es mejor colocar circuitos digitales y analógicos en diferentes capas;

(4) la capa de cableado es preferentemente adyacente a todo el plano metálico;

(5) los circuitos de reloj y los circuitos de alta frecuencia son las principales fuentes de interferencia y deben tratarse por separado.

2.3 diseño de PCB

La clave del diseño EMC de la placa de circuito impreso es el diseño y el cableado, que están directamente relacionados con el rendimiento de la placa de circuito. En la actualidad, el grado de automatización de la EDA del diseño de la placa de circuito es muy bajo, lo que requiere una gran cantidad de diseño manual. Antes del diseño, se debe determinar el tamaño del PCB para cumplir con la función al menor costo posible. Si el tamaño del PCB es demasiado grande y los dispositivos están dispersos durante el diseño, la línea de transmisión puede ser muy larga, lo que aumentará la resistencia, reducirá la resistencia al ruido y aumentará los costos. Si el dispositivo se coloca de manera centralizada, la disipación de calor no es buena y los rastros adyacentes son propensos a la conversación cruzada de acoplamiento. Por lo tanto, se debe diseñar de acuerdo con la unidad funcional del circuito, teniendo en cuenta factores como la compatibilidad electromagnética, la disipación de calor y la interfaz. El diseño general debe seguir los siguientes principios:

(1) organizar cada unidad de circuito funcional de acuerdo con el flujo de la señal del circuito para que el flujo de la señal sea consistente;

(2) centrarse en los componentes centrales de cada unidad de circuito funcional, y otros componentes se organizan en torno a ellos;

(3) acortar el cableado entre los componentes de alta frecuencia en la medida de lo posible y minimizar sus parámetros de distribución;

(4) los componentes vulnerables a la interferencia no deben estar demasiado cerca entre sí, y los componentes de entrada y salida deben mantenerse alejados;

(5) evitar el acoplamiento entre el cable de alimentación, el cable de señal de alta frecuencia y el cableado general.

2.4 cableado de PCB

(1) principio de cableado

Al cableado, todas las líneas de señal se clasifican. Primero se organizan relojes y líneas de señal sensibles, y luego se organizan líneas de señal de alta velocidad. Después de asegurarse de que el agujero de paso utilizado para esta señal es lo suficientemente pequeño y los parámetros de distribución son buenos, luego se cableado el cable de señal generalmente no importante. Los principios a seguir son:

1) los conductores de los extremos de entrada y salida deben evitar ser paralelos a las largas distancias adyacentes en la medida de lo posible; Para reducir la conversación cruzada de cables paralelos largos, se puede aumentar el espaciamiento de los cables o insertar cables de tierra entre los cables;

2) el ancho de la placa de circuito no debe cambiarse repentinamente, y el cable eléctrico no debe cambiarse repentinamente de ángulo. Mantenga la resistencia del circuito lo más continua posible. El ángulo de la línea de transmisión impresa suele seguir el arco o formar un ángulo de 135 °;

3) prestar especial atención a la distribución de los cables de alimentación y los cables de tierra de los circuitos de alta frecuencia;

4) reducir el área del Circuito de alambre durante el flujo de corriente, ya que la radiación externa del Circuito de carga es proporcional a la corriente de paso, el área del circuito y la frecuencia de la señal;

5) organizar más pines de entrada de tierra dispersos entre sí en el enchufe de la placa de circuito, lo que ayuda a reducir el área del circuito y la resistencia de la tierra del cableado de los pines de la placa de circuito;

6) reducir la longitud del cable y aumentar su anchura ayudará a reducir la resistencia del cable.

(2) diseño de cableado EMC para circuitos impresos

La idea básica del diseño de cableado EMC de circuitos impresos basado en el mapa de distribución del campo eléctrico de interferencia es colocar circuitos sensibles en áreas con interferencia débil. Luego, de acuerdo con el concepto de "coeficiente de acoplamiento" ya propuesto, la estimación en tiempo real del tamaño de la capacidad de distribución entre circuitos impresos y la modificación y mejora oportuna de los PCB durante el proceso de diseño pueden reducir efectivamente la interferencia de conducción de los pcb.

Para elegir el esquema de diseño adecuado, primero se calcula el mapa de distribución de la intensidad de interferencia de la fuente de interferencia. La mayoría de los interruptores de la fuente de alimentación del interruptor tienen frecuencias entre decenas de kHz y varios mhz, por lo que el campo eléctrico de interferencia en la superficie del PCB se puede utilizar para el análisis de campo cuasiestático. Bajo esta hipótesis, la cantidad de campo se puede escribir como el producto de la cantidad de espacio independiente y la cantidad de tiempo. Por lo tanto, la corriente de desplazamiento J (x, y, z, t) se puede escribir como:

Al resolver la ecuación de Laplace (2), se puede resolver el componente espacial del potencial eléctrico de cada punto en el espacio y se puede obtener el componente espacial correspondiente de la densidad de corriente de desplazamiento multiplicando la constante dieléctrica calculada. Después del cálculo visual, se realiza la investigación correspondiente sobre la compatibilidad electromagnética de la placa de circuito impreso de la fuente de alimentación del interruptor.

2.5 circuitos antiinterferencia de PCB

Para el sistema de control digital de grandes fuentes de alimentación de conmutación, cada dispositivo lógico tiene el nivel de válvula y la tolerancia al ruido correspondientes. El sistema puede funcionar normalmente siempre que el ruido externo no supere la tolerancia del dispositivo lógico. Sin embargo, una vez que el ruido o la interferencia que invade el sistema excede un cierto límite de tolerancia, la señal de interferencia será amplificada y moldeada por el dispositivo lógico, lo que se convierte en una causa importante de la falla. Los más sensibles en el sistema de un solo chip son la señal de reloj, la señal de reinicio y la señal de interrupción. Al organizar el pcb, se debe prestar especial atención a estas tres líneas de señal. Al mismo tiempo que se cumple la función, se debe seleccionar el Oscilador de cristal con la frecuencia más baja.

El circuito de perro guardián es una de las medidas antiinterferencias. Cuando la fuerte interferencia electromagnética y la interferencia de pico de la red eléctrica causan el bloqueo del sistema de un solo chip, el circuito de perro guardián puede detectar y restaurar automáticamente el programa.

Cuando el sistema pierde su estado normal de funcionamiento debido a una fuerte interferencia, los datos en la Ram a menudo se destruyen. Por lo tanto, además de diseñar cuidadosamente el sistema de alimentación, también es necesario diseñar un circuito de protección Ram confiable.

El bus de datos, el bus de dirección y el bus de control del circuito se utilizan para intercambiar información. Si se aumenta la capacidad de carga del autobús, la forma de onda de la señal se mejorará cuando el tiempo de transmisión del autobús sea más largo. En este momento, es necesario configurar el circuito de puerta de amortiguación de tres Estados como un conductor de autobús. Además, se debe prestar atención a garantizar el equilibrio de carga del autobús.

La instalación de una resistencia de tracción en el autobús puede mejorar la fiabilidad de la transmisión de la señal del autobús, no sólo puede mejorar el nivel de señal, sino también mejorar la capacidad de resistencia a la interferencia electromagnética del autobús, inhibir la interferencia estática y debilitar la interferencia de ondas reflejadas. Cuando el chip tiene una resistencia de tracción incorporada, no es necesario instalar una resistencia de tracción en el circuito externo. Para los pines de chip en el circuito, fijar los terminales de entrada no utilizados a un nivel alto puede mejorar la supresión de la interferencia electromagnética externa.