Noticias de PCB - Diseño de PCB basado en compatibilidad electromagnética

0 Prólogo

El PCB es la abreviatura de placa de circuito impreso en inglés. Por lo general, los patrones conductores hechos de circuitos impresos, elementos impresos o una combinación de ambos en un material aislante de acuerdo con el diseño predeterminado se llaman circuitos impresos. Los patrones conductores que proporcionan conexiones eléctricas entre componentes en un sustrato aislado se llaman circuitos impresos. De esta manera, la placa terminada de un circuito impreso o circuito impreso se llama placa de circuito impreso, también conocida como placa de circuito impreso o placa de circuito impreso. Las placas de PCB son inseparables de casi todos los dispositivos electrónicos que podemos ver, desde relojes electrónicos, calculadoras, computadoras generales, hasta computadoras, equipos electrónicos de comunicación, aeroespacial, sistemas de armas militares, siempre que haya circuitos integrados y otros componentes electrónicos. Tanto el dispositivo como su interconexión eléctrica utilizan pcb, y su rendimiento está directamente relacionado con la calidad de los equipos electrónicos. Con el rápido desarrollo de la tecnología electrónica, los productos electrónicos son cada vez más rápidos, de alta sensibilidad y de alta densidad. Esta tendencia ha llevado a graves problemas de compatibilidad electromagnética (emc) e interferencia electromagnética en el diseño de placas de circuito impreso. El diseño de compatibilidad electromagnética se ha convertido en un problema técnico urgente en el diseño de pcb.

1 compatibilidad electromagnética

La compatibilidad electromagnética (emc) es una disciplina emergente e integral que estudia principalmente la interferencia electromagnética y la antiinterferencia. La compatibilidad electromagnética se refiere a que los equipos o sistemas electrónicos no reducen los indicadores de rendimiento debido a la interferencia electromagnética al nivel prescrito del entorno electromagnético, y la radiación electromagnética que generan no excede el nivel límite limitado y no afecta el funcionamiento normal de otros sistemas. Y lograr el propósito de que el equipo y el equipo, el sistema y el sistema no interfieran entre sí y trabajen juntos de manera confiable. La interferencia electromagnética (emi) es causada por una fuente de interferencia electromagnética que transmite energía a un sistema sensible a través de una ruta de acoplamiento. Incluye tres formas básicas: la conducción de cables y líneas de tierra comunes, y la conducción a través de la radiación espacial o el acoplamiento de campo cercano. La práctica ha demostrado que incluso si el diseño del esquema del circuito es correcto y el diseño de la placa de circuito impreso no es adecuado, afectará negativamente la fiabilidad de los equipos electrónicos. Por lo tanto, garantizar la compatibilidad electromagnética de la placa de circuito impreso es la clave para el diseño de todo el sistema.

1.1 interferencia electromagnética (emi)

Cuando ocurre un problema emi, es necesario describirlo con tres elementos: fuente de interferencia, ruta de propagación y receptor.

Por lo tanto, si queremos reducir la interferencia electromagnética, debemos encontrar soluciones en estos tres elementos. A continuación, discutimos principalmente la tecnología de cableado de placas de circuito impreso.

2 tecnología de cableado de placas de circuito impreso

Un buen cableado de placas de circuito impreso es un factor muy importante de compatibilidad electromagnética.

2.1 características básicas de las placas de circuito impreso

El PCB consta de una serie de laminaciones, cableado y prepreg en la pila vertical. En el PCB multicapa, el diseñador colocará la línea de señal en la capa exterior para facilitar la puesta en marcha.

El cableado en el PCB tiene características de resistencia, condensadores e inductores.

Resistencia: la resistencia del cableado está determinada por el peso del cobre y el área transversal. Por ejemplo, una onza de cobre tiene una resistencia de 0,49 metros por unidad de área. Condensadores: los condensadores del cableado están determinados por el aislador (oer), el rango de corriente (a) y el espaciamiento de la línea (h). Representado por la ecuación C = eoera / h, Eo es la constante dieléctrica del espacio libre (8854pf / m) y ER es la constante dieléctrica relativa del sustrato de pcb, que es de 4,7 en el laminado fr4.

Inductor: la inducción del cable se distribuye uniformemente en el cable, aproximadamente 1 NH / m.

En el caso de los cables de cobre de 1 onza de diámetro exterior, los de 0,5 milímetros (20 milímetros) de ancho y 20 milímetros (800 milímetros) de largo por encima de la formación de conexión pueden producir una resistencia de 9,8 metros, una inducción de 20 NH y un capacitor de acoplamiento con 1,66 PF del suelo, en el caso de fr4 laminados de 25 milímetros (10 milímetros) de espesor. Comparando los valores anteriores con los efectos parasitarios de los componentes, estos son insignificantes, pero la suma de todos los cables puede superar los efectos parasitarios. Por lo tanto, los diseñadores deben tener en cuenta esto. Guía general para el cableado de pcb:

(1) aumentar la distancia entre los rastros para reducir la conversación cruzada del acoplamiento capacitivo;

(2) organizar los cables de alimentación y los cables de tierra en paralelo para optimizar los condensadores de pcb;

(3) mantener las líneas de alta frecuencia sensibles alejadas de las líneas eléctricas de alto ruido;

(4) ensanchar el cable de alimentación y el cable de tierra para reducir la resistencia del cable de alimentación y el cable de tierra.

2.2 División

Los segmentos se refieren al uso de segmentos físicos para reducir el acoplamiento entre diferentes tipos de líneas, especialmente a través de líneas eléctricas y líneas de tierra.

Ejemplos de uso de la tecnología de División para dividir cuatro tipos diferentes de circuitos. En el plano de tierra, se utilizan ranuras no metálicas para aislar los cuatro planos de tierra. L y C se utilizan como filtros para cada parte de la placa. Reducir el acoplamiento entre los planos de alimentación de diferentes circuitos. Debido a la alta demanda de potencia instantánea de los circuitos digitales de alta velocidad, es necesario colocarlos en la entrada de la fuente de alimentación. Los circuitos de interfaz pueden requerir descargas electrostáticas (des) y dispositivos o circuitos de supresión instantánea. Para L y c, es mejor usar diferentes valores de l y c en lugar de un gran valor de l y c, ya que puede proporcionar diferentes características de filtrado para diferentes circuitos.

2.3 desacoplamiento entre la fuente de alimentación local y el IC

El desacoplamiento local puede reducir la propagación del ruido a lo largo de la línea troncal de la fuente de alimentación. Los condensadores de derivación de gran capacidad conectados entre el puerto de entrada de la fuente de alimentación y el PCB actúan como filtros de onda de baja frecuencia, mientras actúan como potenciales acumuladores de energía para satisfacer necesidades repentinas de la fuente de alimentación. Además, debe haber condensadores de desacoplamiento entre la fuente de alimentación y el suelo de cada ic. Estos condensadores de desacoplamiento deben estar lo más cerca posible de los pines. Esto ayudará a filtrar el ruido del interruptor del ic.

2.4 tecnología de puesta a tierra

Tanto la placa de circuito impreso de varias capas como la placa de circuito impreso de una sola capa utilizan tecnología de puesta a tierra. El objetivo de la tecnología de puesta a tierra es minimizar la resistencia a la puesta a tierra, reduciendo así el potencial eléctrico del Circuito de puesta a tierra que regresa del circuito a la fuente de alimentación.

(1) cable de tierra de una sola capa de PCB

En los PCB de una sola capa (unilateral), el ancho del cable de tierra debe ser lo más ancho posible y debe ser de al menos 1,5 mm (60 mils). Debido a que el cableado en forma de estrella no se puede lograr en un solo pcb, los cambios en el ancho del saltador y el suelo deben mantenerse al mínimo, de lo contrario se producirán cambios en la resistencia de la línea y la inducción.

(2) cable de tierra de doble capa de PCB

En los PCB de doble capa (doble cara), los circuitos digitales prefieren el cableado de cuadrícula / matriz de puntos de tierra. Este método de cableado puede reducir la resistencia a la tierra, los circuitos de tierra y los circuitos de señal. Al igual que el PCB de una sola capa, el ancho del cable de tierra y el cable de alimentación debe ser de al menos 1,5 mm. otra disposición es colocar el plano de tierra en un lado y el cable de señal y el cable de alimentación en el otro lado. En esta disposición, el circuito de tierra y la resistencia se reducirán aún más, y los condensadores de desacoplamiento se pueden colocar lo más cerca posible entre el cable de alimentación IC y la formación de tierra.

(3) anillo de protección

El anillo protector es una tecnología de puesta a tierra que puede aislar el entorno acústico fuera del anillo (como la corriente de radiofrecuencia). Esto se debe a que no hay corriente eléctrica que fluya a través del anillo de protección durante el funcionamiento normal.

(4) condensadores de PCB

En las placas multicapa, los condensadores de PCB son producidos por una fina capa aislante que separa la superficie de la fuente de alimentación del suelo. En una sola placa, la disposición paralela de los cables de alimentación y los cables de tierra también puede causar este efecto capacitivo. Una de las ventajas de los condensadores de PCB es que tienen una respuesta de frecuencia muy alta e inductores de baja serie distribuidos uniformemente en toda la superficie o en toda la línea. Es equivalente a un condensadores de desacoplamiento distribuidos uniformemente en la placa de circuito. Ningún componente separado tiene esta función.

(5) circuitos de alta velocidad y circuitos de baja velocidad

Los circuitos de alta velocidad deben colocarse cerca del plano de tierra, y los circuitos de baja velocidad deben colocarse cerca del plano de alimentación.

(6) relleno de cobre en el suelo

En algunos circuitos analógicos, el área de la placa de circuito no utilizada está cubierta por un gran plano de tierra para proporcionar blindaje y aumentar la capacidad de desacoplamiento. Sin embargo, si se cuelga una zona de cobre (por ejemplo, no está conectada al suelo), puede funcionar como una antena y causar problemas de compatibilidad electromagnética.

(7) plano de tierra y plano de fuente de alimentación en PCB multicapa

En el PCB multicapa, se recomienda colocar el plano de alimentación y el plano de puesta a tierra en capas adyacentes lo más cercanas posible para generar un mayor capacitor de PCB en toda la placa de circuito. La señal crítica más rápida debe estar cerca del lado del plano del suelo, y la señal no crítica debe colocarse cerca del plano de la fuente de alimentación.

(8) requisitos de potencia

Cuando el circuito necesita varias fuentes de alimentación, use tierra para separar cada fuente de alimentación. Pero es imposible conectar varios puntos a tierra en un solo pcb. Una solución es separar el cable de alimentación y el cable de tierra de una fuente de alimentación de otros cables de alimentación y el cable de tierra. Esto también ayuda a evitar el acoplamiento acústico entre las fuentes de alimentación.

3 Observaciones finales

Los diversos métodos y tecnologías presentados en este artículo ayudan a mejorar las características EMC de los pcb. Por supuesto, estos son solo una parte del diseño de emc. En general, se deben considerar las interferencias causadas por el ruido reflejado, el ruido emitido por la radiación y otros problemas técnicos del proceso. En el diseño real, de acuerdo con los requisitos objetivo y las condiciones de diseño del diseño, se deben tomar medidas razonables contra la interferencia electromagnética para diseñar una placa de circuito PCB con buen rendimiento emc.