Tecnología de PCB - Efecto de resistencia de la placa de circuito impreso

Los siguientes sistemas deben prestar especial atención a la lucha contra las interferencias electromagnéticas:

1 - 1. La frecuencia del reloj del Microcontrolador es particularmente alta y el ciclo del autobús es particularmente rápido.

1 - 2. El sistema incluye circuitos de accionamiento de alta potencia y alta corriente, como relés de generación de chispas, interruptores de alta corriente, etc.

1 - 3. El sistema incluye un circuito de señal analógica débil y un circuito de conversión a / D de alta precisión.

B. se adoptarán las siguientes medidas para mejorar la capacidad del sistema de resistencia a las interferencias electromagnéticas:

1. elija un Microcontrolador de baja frecuencia:

La selección de un Microcontrolador con una frecuencia de reloj externa más baja puede reducir eficazmente el ruido y mejorar la capacidad antiinterferencia del sistema. Para las ondas cuadradas y sinusoides de la misma frecuencia, el componente de alta frecuencia de las ondas cuadradas es mucho mayor que el de las ondas sinusoidales. Aunque la amplitud del componente de alta frecuencia de la Onda cuadrada es menor que la de la onda fundamental, cuanto mayor sea la frecuencia, más fácil será emitir como fuente de ruido. El ruido de alta frecuencia más influyente producido por el Microcontrolador es aproximadamente tres veces mayor que la frecuencia del reloj.

2. reducir la distorsión en la transmisión de la señal

El Microcontrolador se fabrica principalmente con tecnología CMOS de alta velocidad. La corriente de entrada estática en el extremo de entrada de la señal es de aproximadamente 1 ma, el capacitor de entrada es de aproximadamente 10 pf, y la resistencia de entrada es bastante alta. La salida del circuito CMOS de alta velocidad tiene una capacidad de carga considerable, es decir, un valor de salida considerable. Si la salida de una puerta se guía a la entrada con una resistencia de entrada relativamente alta a través de una larga línea, el problema de reflexión es muy grave, lo que causará distorsión de la señal y aumentará el ruido del sistema. Cuando el TPD > tr, se convertirá en un problema de línea de transmisión. Hay que tener en cuenta cuestiones como la reflexión de la señal y la coincidencia de la resistencia.

El tiempo de retraso de la señal en la placa de circuito impreso está relacionado con la resistencia característica del cable, es decir, con la constante dieléctrica del material de la placa de circuito impreso. Se puede considerar aproximadamente que la velocidad de transmisión de la señal en el cable de la placa de impresión es de aproximadamente 1 / 3 a 1 / 2 de la velocidad de la luz. En un sistema compuesto por microcontroladores, el tiempo de retraso estándar tr de los componentes telefónicos lógicos comunes está entre 3 y 18 ns.

En la placa de circuito impreso, la señal pasa por una resistencia de 7W y un cable de 25 centímetros de largo, con un tiempo de retraso en línea de unos 4 a 20 ns. En otras palabras, cuanto más corto sea el cable de señal en el circuito impreso, mejor, y la longitud máxima no debe exceder los 25 centímetros. Además, el número de agujeros debe ser lo menos posible, preferiblemente no más de dos. [url href = www.51dz.com / d.sp? ¿ i = topmanahi] > más

Cuando el tiempo de subida de la señal es más rápido que el tiempo de retraso de la señal, se debe procesar de acuerdo con el dispositivo electrónico rápido. En este momento, se debe considerar la coincidencia de resistencia de la línea de transmisión. Para la transmisión de señales entre bloques integrados en placas de circuito impreso, se debe evitar TD > trd. Cuanto más grande sea la placa de circuito impreso, más rápido será el sistema y no demasiado rápido.

Resumiendo las reglas de diseño de la placa de circuito impreso, se obtienen las siguientes conclusiones:

Cuando la señal se transmita en la placa de circuito impreso, su tiempo de retraso no será superior al tiempo de retraso nominal del equipo utilizado.

3. reducir la interferencia cruzada entre líneas de señal:

La señal escalonada con un tiempo de subida tr en el punto a se transmite al extremo B a través del cable ab. el tiempo de retraso de la señal en la línea AB es td. en el punto d, debido a la transmisión positiva de la señal en el punto a, el reflejo de la señal después del punto de llegada B y El retraso en la línea ab, se detectará una señal de pulso de página con un ancho tr después del tiempo td. En el punto c, debido a la transmisión y reflexión de la señal en ab, se detectará una señal de pulso positivo con el doble de ancho que el tiempo de retraso de la señal en línea ab, es decir, 2td. Esta es la interferencia cruzada entre las señales. La intensidad de la señal de interferencia está relacionada con el di / at de la señal del punto C y la distancia entre las líneas. Cuando dos líneas de señal no son muy largas, lo que ves en AB es en realidad la superposición de dos pulsos.

El Microcontrolador fabricado con el proceso CMOS tiene una alta resistencia de entrada, alto ruido y alta tolerancia al ruido. El ruido de 100 a 200 MV se superpone en el circuito digital sin afectar su funcionamiento. si el primer examen simulado es una señal ab, la interferencia se vuelve insoportable. Si la placa de circuito impreso es una placa de cuatro capas, una de las cuales es una gran área de tierra, o una placa de doble cara, y el reverso de la línea de señal es una gran área de tierra, entonces la interferencia cruzada entre las señales se reducirá. La razón es que la resistencia característica de la línea de señal se reduce en gran área y la reflexión de la señal en el extremo D se reduce considerablemente. La resistencia característica es inversamente proporcional al cuadrado de la constante dieléctrica del medio desde la línea de señal hasta el suelo y directamente proporcional al Logaritmo natural del espesor del medio. Si el primer examen simulado es ab, se evitará la interferencia de CD con ab. Hay una gran área debajo de la línea ab. La distancia entre la línea AB y la línea CD es mayor que la distancia entre la línea AB y el suelo. Se puede utilizar un blindaje local para la puesta a tierra, y el cable de tierra se puede organizar en los lados izquierdo y derecho del cable en el lado de conexión del cable.

4. reducir el ruido de la fuente de alimentación

Cuando la fuente de alimentación proporciona energía al sistema, también aumenta el ruido a la fuente de alimentación. Las líneas de control como la línea de reinicio y la línea de interrupción del Microcontrolador en el circuito son las más vulnerables al ruido externo. La fuerte interferencia en la red eléctrica entra en el circuito a través de la fuente de alimentación. Incluso en los sistemas alimentados por baterías, las propias baterías producen ruido de alta frecuencia. Las señales analógicas en el circuito analógico no pueden soportar la interferencia de la fuente de alimentación.

5. preste atención a las características de alta frecuencia de las placas de circuito impreso y los componentes

A alta frecuencia, no se pueden ignorar los cables, agujeros, resistencias, condensadores, distribución de conectores, inductores y condensadores en la placa de circuito impreso. Los condensadores distribuidos de condensadores e inductores no pueden ser ignorados. La resistencia reflejará la señal de alta frecuencia y la capacidad de distribución del cable jugará un papel. Cuando la longitud es mayor que 1 / 20 de la longitud de onda correspondiente a la frecuencia de ruido, se produce un efecto de antena, y el ruido se propaga hacia afuera a través del cable.

El paso de agujeros en la placa de circuito impreso causa un capacitor de aproximadamente 0,6 PF.

El material de embalaje del circuito integrado en sí introduce condensadores de 2 a 6 PF.

El conector en la placa de circuito tiene una inducción distribuida de 520nh. Una base de chip IC de 24 Pines enchufada en línea de doble línea introduce inductores distribuidos de 4 a 18nh.

Estos pequeños parámetros de distribución son insignificantes para los sistemas de microcontroladores en baja frecuencia; Se debe prestar especial atención a los sistemas de alta velocidad.

6. división racional del diseño de los componentes

La disposición de los componentes en la placa de circuito impreso debe tener plenamente en cuenta la resistencia a las interferencias electromagnéticas. Uno de los principios es que los cables entre los componentes deben ser lo más cortos posible. En el diseño, la parte de señal analógica, la parte de circuito digital de alta velocidad y la parte de fuente de ruido (como relés, interruptores de alta corriente, etc.) deben separarse razonablemente para minimizar el acoplamiento de señal entre ellos.

7. procesar el cable de tierra

En la placa de circuito impreso, el cable de alimentación y el cable de tierra son los más importantes. El medio más importante para superar la interferencia electromagnética es la puesta a tierra.

Para las placas de doble cara, el diseño del cable de tierra es particularmente especial. En un solo punto de puesta a tierra, la fuente de alimentación y la puesta a tierra se conectan desde ambos extremos de la fuente de alimentación a la placa de circuito impreso, un contacto para la fuente de alimentación y un contacto para la puesta a tierra. En la placa de circuito impreso, debe haber varios cables de tierra de retorno, que se concentrarán en los contactos de la fuente de alimentación de retorno, que se llama tierra de un solo punto. La llamada apertura de equipos analógicos, digitales y de alta potencia es separar el cableado y finalmente reunirse en este punto de tierra. Los cables blindados se utilizan generalmente para conectar señales del exterior de la placa de circuito impreso. Para señales de alta frecuencia y digitales, ambos extremos del cable blindado están conectados a tierra. Un extremo del cable de blindaje de señal analógica de baja frecuencia debe estar conectado a tierra.

Los circuitos muy sensibles al ruido y las interferencias o los circuitos con ruido de alta frecuencia particularmente grave deben protegerse con tapas metálicas.

8. uso de condensadores de desacoplamiento.

Un buen capacitor de desacoplamiento de alta frecuencia puede eliminar componentes de alta frecuencia de hasta 1 ghz. Los condensadores cerámicos de chip o multicapa tienen buenas características de alta frecuencia. Al diseñar la placa de circuito impreso, se deben agregar condensadores de desacoplamiento entre la fuente de alimentación y el suelo de cada circuito integrado. Los condensadores de desacoplamiento tienen dos funciones: por un lado, los condensadores de almacenamiento de energía de los circuitos integrados proporcionan y absorben energía de carga y descarga en el momento en que abren y cierran las puertas de los circuitos integrados; Por otro lado, el ruido de alta frecuencia del dispositivo se pasa por alto. Los condensadores de desacoplamiento típicos de 0,1uf en circuitos digitales tienen inductores distribuidos de 5nh, y su frecuencia de resonancia paralela es de unos 7 mhz, es decir, tienen un buen efecto de desacoplamiento en el ruido por debajo de 10 MHz y un pequeño impacto en el ruido por encima de 40 mhz.

Los condensadores 1uf y 10uf, con una frecuencia de resonancia paralela de más de 20 mhz, tienen un mejor efecto en la eliminación del ruido de alta frecuencia. Donde la fuente de alimentación entra en la placa de circuito impreso, los condensadores de alta frecuencia con 1uf o 10uf suelen ser beneficiosos. Incluso los sistemas alimentados por baterías necesitan este tipo de condensadores.

Se debe agregar un condensadores de carga y descarga o condensadores de almacenamiento por cada 10 circuitos integrados aproximadamente. El capacitor puede ser de 10 uf. Es mejor no usar condensadores electroliticos. El capacitor electrolítico está enrollado por dos capas de película pu. Esta estructura enrollada se muestra como una inducción a alta frecuencia. Es mejor elaborar condensadores con condensadores biliares o policarbonato.

El valor del capacitor de desacoplamiento no está estrictamente seleccionado y se puede calcular como C = 1 / f; Es decir, 10 MHz toma 0,1uf, y para un sistema compuesto por microcontroladores, puede tomar 0,1 a 0,01uf.

En tercer lugar, hay algunas experiencias en la reducción del ruido y la interferencia electromagnética.

Si puedes usar chips de baja velocidad, no necesitas chips de alta velocidad. Los chips de alta velocidad se utilizan en posiciones clave.

Se puede utilizar una serie de resistencias para reducir la velocidad de salto de los bordes superior e inferior del Circuito de control.

Trate de proporcionar algún tipo de amortiguación para relés, etc.

Utilice un reloj de frecuencia mínima que cumpla con los requisitos del sistema.

El generador de relojes está lo más cerca posible del dispositivo que utiliza el reloj. La carcasa del Oscilador de cristal de cuarzo debe estar fundamentada.

La bobina de tierra sale de la zona del reloj, y la línea del reloj debe ser lo más corta posible.

El circuito de accionamiento I / o debe estar lo más cerca posible de la placa de impresión para salir de la placa de impresión lo antes posible. Las señales que entren en la placa de circuito impreso deben filtrarse, al igual que las señales de las zonas de alto ruido. Al mismo tiempo, se debe utilizar el método de resistencia de extremo de cadena para reducir el reflejo de la señal.

Los terminales inútiles del MCD deben conectarse a un nivel alto, o estar conectados a tierra, o definirse como terminales de salida. Todos los terminales del circuito integrado conectados al suelo de la fuente de alimentación deben estar conectados y no deben suspenderse.

El extremo de entrada del Circuito de puerta no utilizado no debe suspenderse, el extremo de entrada positivo del amplificador operativo no utilizado debe estar conectado a tierra, y el extremo de entrada negativo debe estar conectado a la salida. (10) en la medida de lo posible, la placa de circuito impreso debe utilizar 45 líneas punteadas en lugar de 90 líneas punteadas para reducir la transmisión externa y el acoplamiento de señales de alta frecuencia.

La placa de circuito impreso se divide en función de la frecuencia y las características del interruptor de corriente, y los componentes ruidosos y no ruidosos deben estar más separados.

Las placas individuales y dobles deben utilizar una fuente de alimentación de tierra de un solo punto y un punto de tierra de un solo punto. El cable de alimentación y el cable de tierra deben ser lo más gruesos posible. Si el precio es razonable, se deben utilizar placas multicapa para reducir la inducción capacitiva de la fuente de alimentación y la tierra.

Las señales de selección de relojes, autobuses y chips deben mantenerse alejadas de los cables y conectores de E / S.

Las líneas de entrada de voltaje analógico y los terminales de voltaje de referencia deben mantenerse lo más alejados posible de las líneas de señal del circuito digital, especialmente los relojes.

Para los dispositivos A / d, la parte digital y la parte analógica deben ser uniformes, no cruzados.

Las líneas de reloj perpendiculares a las líneas I / o interfieren menos que las líneas paralelas I / o, y los pines de los componentes del reloj están lejos de los cables I / O.

Los pines de los componentes deben ser lo más cortos posible y los pines de los condensadores de desacoplamiento deben ser lo más cortos posible.

Las líneas clave deben ser lo más gruesas posible y las áreas protegidas deben agregarse a ambos lados. Las líneas de alta velocidad deben ser cortas y rectas.

Las líneas sensibles al ruido no deben ser paralelas a las líneas de conmutación de alta corriente y alta velocidad.

No conecte cables bajo cristales de cuarzo y equipos sensibles al ruido.

No forme circuitos de corriente alrededor de circuitos de señal débil y circuitos de baja frecuencia.

No forme ningún bucle de señal. Si esto es inevitable, mantenga el área de la carretera de circunvalación lo más pequeña posible.

Un capacitor de desacoplamiento por ic. Cada capacitor electrolítico debe agregar un pequeño capacitor de derivación de alta frecuencia.

Los condensadores de almacenamiento de energía de carga y descarga del circuito utilizan condensadores de tantalio de gran capacidad o condensadores de condensación en lugar de condensadores electroliticos. Cuando se utilizan condensadores tubulares, la carcasa debe estar fundamentada.