Noticias de PCB - Diseño EMC de placas de circuito impreso

La compatibilidad electromagnética se refiere a la capacidad de un dispositivo o sistema para funcionar correctamente en su entorno electromagnético y no causar interferencias electromagnéticas insoportables a nada en el entorno. El objetivo del diseño de compatibilidad electromagnética es permitir que los dispositivos electrónicos inhiban todo tipo de interferencias externas, permitan que los dispositivos electrónicos funcionen correctamente en un entorno electromagnético específico y reduzcan las interferencias electromagnéticas de los propios dispositivos electrónicos a otros dispositivos electrónicos.

A medida que la sensibilidad de los dispositivos electrónicos es cada vez mayor, la capacidad de recibir señales débiles es cada vez más fuerte, y la banda de frecuencia de los productos electrónicos es cada vez más ancha y pequeña, lo que requiere que los dispositivos electrónicos tengan una mayor capacidad anti - interferencia. Las ondas electromagnéticas producidas por algunos dispositivos electrónicos pueden causar fácilmente interferencias electromagnéticas en otros dispositivos electrónicos circundantes, causando fallas o afectando la transmisión de señales. Además, la interferencia electromagnética excesiva puede causar contaminación electromagnética, poner en peligro la salud de las personas y destruir el medio ambiente ecológico. Este artículo analiza varias tecnologías clave de compatibilidad electromagnética en el diseño de PCB (placa de circuito impreso, también conocida como placa de circuito impreso).

1. diseño de la fuente de alimentación

La fuente de alimentación del dispositivo electrónico está ampliamente conectada a otras unidades funcionales. Por un lado, las señales innecesarias generadas en la fuente de alimentación pueden acoplarse fácilmente a cada unidad funcional. Por otro lado, las señales innecesarias en la unidad pueden acoplarse a la resistencia pública de la fuente de alimentación. Transferido a otras unidades. Por lo tanto, en el diseño de la fuente de alimentación se deben tomar las siguientes medidas.

(1) de acuerdo con el tamaño actual de la placa de circuito impreso, trate de aumentar el ancho del cable de alimentación, reducir la resistencia del circuito y hacer que la dirección del cable de alimentación y el cable de tierra sea consistente con la dirección de transmisión de datos; Al mismo tiempo, se utilizan capas de alimentación y formaciones de puesta a tierra en PCB multicapa para reducir la longitud de la línea desde la línea de alimentación hasta la capa de alimentación o formaciones de puesta a tierra. Esto ayuda a mejorar la resistencia al ruido;

(2) en la medida de lo posible, permitir que las fuentes de alimentación se suministren individualmente a cada unidad funcional y que todos los circuitos que utilicen fuentes de alimentación públicas estén lo más cerca posible entre sí y sean compatibles entre sí;

(3) utilizar filtros de alimentación en las fuentes de alimentación de ca y DC para evitar que las interferencias externas entren en el equipo a través de la fuente de alimentación, evitar que los interruptores instantáneos y otras señales generadas en el interior del equipo entren en la fuente de alimentación primaria, y aislar eficazmente las líneas de entrada y salida de la fuente de alimentación y las líneas de entrada y salida del filtro y la salida;

(4) proteger eficazmente el campo electromagnético de la fuente de alimentación y aislar la fuente de alimentación de alta tensión de los circuitos sensibles en la medida de lo posible, especialmente la fuente de alimentación del interruptor, lo que puede causar radiación de alta frecuencia e interferencia conducida. El transformador de potencia bloqueado electrostáticamente se utiliza para inhibir la interferencia del modo común en la línea eléctrica, y varios transformadores de aislamiento bloqueados tienen un mejor rendimiento;

(5) la fuente de alimentación debe mantener una baja resistencia de salida en todos los Estados funcionales del circuito. Incluso en el rango de radiofrecuencia, los condensadores de salida deben mostrar una baja resistencia, al tiempo que se aseguran de que el regulador tenga un tiempo de respuesta lo suficientemente rápido como para inhibir las ondas de alta frecuencia y los transiciones. Efecto de carga

(6) Los diodos rectificadores deben funcionar a la densidad de corriente más baja para proporcionar suficiente derivación de radiofrecuencia para los diodos zener;

(7) el transformador de Potencia debe ser simétrico y no equilibrado en potencia, y el núcleo utilizado debe ser el límite inferior de su inducción magnética saturada (bm). En cualquier caso, debe asegurarse de que el núcleo de hierro no se conduzca a un Estado saturado. La estructura del núcleo del transformador debe ser de tipo D y c, seguida del tipo E.

2. diseño de la línea de tierra

Ruido de puesta a tierra, es decir, la diferencia de potencial entre los cables de tierra de cada parte del sistema o el ruido de puesta a tierra causado por la existencia de resistencia a la puesta a tierra. Debido a la diferencia de potencial de puesta a tierra en el sistema de puesta a tierra, en el proceso de diseño de la puesta a tierra del producto, el método de puesta a tierra correspondiente debe seleccionarse de acuerdo con las características del pcb. En el diseño de productos electrónicos, la puesta a tierra es un método importante para controlar la interferencia. Si la puesta a tierra y el blindaje se pueden combinar adecuadamente, la mayoría de los problemas de interferencia se pueden resolver. La estructura del suelo en los productos electrónicos incluye aproximadamente el suelo del sistema, el suelo del gabinete, el suelo digital y el suelo analógico. El diseño del cable de tierra debe prestar atención a los siguientes puntos:

(1) el cable de tierra debe ser lo más grueso posible. Si el cable de tierra es muy fino, el potencial de tierra fluctuará con el cambio de la corriente, lo que dará lugar a un nivel de señal de tiempo inestable y una menor resistencia al ruido de los productos electrónicos. Por lo tanto, el cable de tierra debe ser lo más grueso posible en el diseño para permitir el triple de la corriente eléctrica a través de la placa de circuito impreso. Si es posible, el ancho del cable de tierra debe ser superior a 3 mm.

(2) elija correctamente el método de puesta a tierra. El objetivo de la configuración de puesta a tierra de un solo punto es evitar que las corrientes actuales y de radiofrecuencia de los subsistemas de dos niveles de referencia diferentes pasen por la misma ruta de retorno y provoquen un acoplamiento de resistencia pública. Este método de puesta a tierra es más adecuado para PCB de baja frecuencia y puede reducir el impacto de la resistencia de transmisión distribuida. Sin embargo, en los PCB de alta frecuencia, la inducción de la ruta de retorno se convierte en la parte principal de la resistencia de la línea a alta frecuencia. Por lo tanto, para minimizar la resistencia a la tierra en los PCB de alta frecuencia, generalmente se utiliza el método de puesta a tierra multipunto. Lo más importante de la puesta a tierra multipunto es exigir la longitud mínima del cable de puesta a tierra, ya que cuanto más largo sea el cable, mayor será la inducción, lo que aumentará la resistencia a la puesta a tierra y causará una diferencia de potencial de puesta a tierra. La estructura híbrida de puesta a tierra es una combinación de puesta a tierra de un solo punto y puesta a tierra de varios puntos. Esta estructura se utiliza generalmente cuando hay frecuencias mixtas altas y bajas en los pcb, es decir, cuando hay un solo punto de tierra a baja frecuencia y cuando hay múltiples puntos de tierra a alta frecuencia.

(3) la puesta a tierra digital y la puesta a tierra analógica están separadas. Hay tanto circuitos lógicos de alta velocidad como circuitos lineales en la placa de circuito. Deberían estar lo más separados posible. Los cables de tierra de los dos no deben mezclarse y deben conectarse a los cables de tierra de los terminales de alimentación. El cable de tierra del Circuito de baja frecuencia debe estar en un punto y conectado al suelo tanto como sea posible. Cuando el cableado real es difícil, se puede conectar parcialmente en serie y luego conectarse a tierra en paralelo. Los circuitos de alta frecuencia deben estar conectados a tierra en serie en varios puntos, los cables de tierra deben ser cortos y gruesos, y las láminas de tierra de gran área en forma de cuadrícula deben utilizarse alrededor de los elementos de alta frecuencia en la medida de lo posible. Trate de aumentar el área de tierra del circuito lineal.

(4) el cable de tierra forma un circuito cerrado. Al diseñar un sistema de puesta a tierra de una placa de circuito impreso compuesta solo por circuitos digitales, hacer que el cable de tierra se convierta en un circuito cerrado puede mejorar significativamente la resistencia al ruido. Debido a que hay muchos componentes de circuitos integrados en la placa de circuito impreso, especialmente cuando hay componentes que consumen más potencia, debido a las limitaciones de espesor del cable de tierra, se producirá una gran diferencia de potencial eléctrico en el cable de tierra, lo que dará lugar a una menor resistencia al ruido. La formación de un circuito por cable de tierra reducirá la diferencia de potencial eléctrico y mejorará la resistencia al ruido de los equipos electrónicos.

(5) utilice un aislador óptico para cortar la interferencia del Circuito de tierra. Las conexiones ópticas suelen utilizar acopladores ópticos y conexiones de fibra óptica. La capacidad parasitaria del acoplamiento óptico es generalmente 2pf, lo que puede proporcionar un buen aislamiento para la Alta frecuencia. Las conexiones de fibra óptica apenas tienen condensadores parasitarios, pero la instalación y el mantenimiento son caros e inconvenientes.

3. diseño de derivación y desacoplamiento

El desvío se refiere a la transmisión de energía de radiofrecuencia de modo común no necesaria desde componentes o cables. La función principal de los condensadores de derivación es generar componentes de CA para eliminar la energía innecesaria que entra en la zona de susceptibilidad. El desacoplamiento se refiere a la eliminación de condensadores de desacoplamiento cuya función principal es proporcionar a los componentes una fuente de alimentación de corriente continua local para reducir la propagación del ruido del interruptor en la placa y guiar el ruido al suelo.

3.1 selección de condensadores

Al seleccionar los condensadores de derivación y desacoplamiento, se puede calcular la frecuencia de autoresoración del capacitor requerido por la progresión lógica y la velocidad del reloj utilizadas, y se puede seleccionar el valor del capacitor en función de la frecuencia y la reactancia capacitiva en el circuito. Para el tamaño del paquete, trate de elegir un capacitor SMT con una menor inducción de alambre en lugar de un capacitor a través del agujero. Además, el diseño del producto suele utilizar condensadores de desacoplamiento paralelos para proporcionar una mayor banda de trabajo y reducir el desequilibrio de puesta a tierra. En el sistema de condensadores paralelos, cuando la frecuencia de funcionamiento es superior a la frecuencia de resonancia propia, los grandes condensadores muestran resistencia inductiva y aumentan con el aumento de la frecuencia; Por su parte, los pequeños condensadores muestran una resistencia capacitiva y disminuyen a medida que aumenta la frecuencia, cuando la resistencia capacitiva de todo el circuito del capacitor es menor que la resistencia de un solo capacitor.

3.2 configuración del condensadores de derivación

Los condensadores de derivación se utilizan generalmente como dispositivos de derivación de alta frecuencia para reducir los requisitos de potencia instantánea de los módulos de potencia. Por lo general, los condensadores electroliticos de aluminio y los condensadores de tantalio son más adecuados como condensadores de derivación. El valor de la capacidad depende de los requisitos de corriente instantánea en el pcb. En el rango de 10 a 470lf, si hay muchos circuitos integrados, circuitos de conmutación de alta velocidad y fuentes de alimentación de alambre largo en el pcb, se deben seleccionar condensadores de gran capacidad.

3.3 configuración del condensadores de desacoplamiento

(1) el terminal de entrada de la fuente de alimentación está conectado a un condensadores electroliticos de 10 a 100 LF. Si es posible, es mejor conectarse a más de 100lf;

(2) en principio, cada chip de circuito integrado debe estar equipado con un Condensadores cerámicos de 0,01pf. Si la brecha entre la placa de impresión no es suficiente, se pueden configurar condensadores de tantalio de 1 a 10 PF por cada 4 a 8 chips;

(3) para los dispositivos con poca resistencia al ruido y grandes cambios de potencia al apagar, como los dispositivos de almacenamiento Ram y rom, los condensadores de desacoplamiento deben conectarse directamente entre el cable de alimentación y el cable de tierra del chip;

(4) los cables de los condensadores no deben ser demasiado largos, especialmente los condensadores de derivación de alta frecuencia;

(5) debido a que hay contactores, relés, botones y otros componentes en la placa impresa, se producirá una mayor descarga de chispas durante la operación, y se debe utilizar un circuito RC para absorber la corriente de descarga. En términos generales, R toma 1 a 2k y c toma 2,2 a 47lf;

(6) la resistencia de entrada de la CMOS es muy alta y es vulnerable a la inducción, por lo que cuando se utiliza, los terminales no utilizados deben estar conectados a tierra o conectados a una fuente de alimentación positiva.

4. diseño de la placa de circuito de señal mixta

Comprender el camino y el método del lugar de retorno de la corriente es la clave para optimizar el diseño de la placa de circuito de señal mixta. No puedes considerar solo el flujo de la corriente de la señal e ignorar el camino específico de la corriente. Si se debe dividir la formación de puesta a tierra y el cableado debe pasar por el hueco entre las zonas, se puede hacer una conexión de un solo punto entre las puesta a tierra divididas para formar un puente de conexión entre las dos puesta a tierra, y luego se puede cableado a través del puente de conexión. De esta manera, se puede proporcionar una ruta de retorno de corriente continua fuera de cada línea de señal, lo que hace que el área del bucle formado sea pequeña. En el proceso de diseño del PCB de señal mixta, debemos prestar atención a los siguientes puntos:

(1) dividir los PCB en partes analógicas y digitales independientes, lograr la División de las fuentes de alimentación analógicas y digitales y colocar el convertidor A / D entre las zonas;

(2) no divida el suelo. Colocar un suelo uniforme debajo de la parte analógica y la parte digital de la placa de circuito;

(3) en todas las capas de la placa de circuito, la señal digital solo se puede conectar a la parte digital de la placa de circuito, y la señal analógica solo se puede conectar a la parte analógica de la placa de circuito;

(4) el cableado no puede pasar por la brecha entre los planos de la fuente de alimentación, y el cable de señal que debe pasar por la brecha entre las fuentes de alimentación debe colocarse en la capa de cableado cerca de la gran área de tierra;

(5) analizar la ruta y el método de la corriente real de retorno a la tierra;

(6) adoptar las reglas correctas de diseño y cableado.

En resumen, a medida que los productos electrónicos se vuelven cada vez más complejos, rápidos y densos, los requisitos de diseño de las placas de PCB son cada vez más altos, especialmente los problemas de diseño de compatibilidad electromagnética son cada vez más prominentes. Diseño razonable de circuitos de señal de derivación, desacoplamiento y mezcla.