Tecnología de PCB - Cómo optimizar el diseño EMC de los PCB

Con el desarrollo de la era eléctrica, cada vez hay más fuentes de ondas electromagnéticas en el entorno de vida humano, como la radio, la televisión, las comunicaciones por microondas, los electrodomésticos, los campos magnéticos de frecuencia de potencia y los campos magnéticos de alta frecuencia de las líneas de transmisión. Cuando la fuerza de campo de estos campos magnéticos supera un cierto límite y el tiempo de acción es lo suficientemente largo, pueden poner en peligro la salud humana; Al mismo tiempo, también pueden interferir con otros dispositivos electrónicos y Comunicaciones. En este sentido, es necesario protegerlo. Los conceptos de interferencia electromagnética y blindaje a menudo se proponen en el desarrollo, producción y uso de productos electrónicos. Cuando el producto electrónico funciona correctamente, el núcleo es el proceso de trabajo coordinado entre el tablero de PCB y los componentes instalados en él. es importante mejorar los indicadores de rendimiento del producto electrónico y reducir el impacto de la interferencia electromagnética.

1. diseño de placas de PCB

La placa de circuito impreso (pcb) es el soporte de los componentes y dispositivos de circuito en los productos electrónicos. Proporciona conexiones eléctricas entre componentes de circuitos y equipos. Es el componente más básico de varios dispositivos electrónicos. El rendimiento de la placa de circuito impreso está directamente relacionado con la calidad y el rendimiento de los equipos electrónicos. Con el desarrollo de circuitos integrados, tecnología SMT y tecnología de microansambalaje, cada vez hay más productos electrónicos de alta densidad y multifuncionales, lo que resulta en cableado complejo en placas de pcb, muchas piezas y una instalación densa, lo que inevitablemente causará interferencias entre ellos. Por lo tanto, la supresión de la interferencia electromagnética se ha convertido en la clave para el funcionamiento normal del sistema electrónico. Del mismo modo, con el desarrollo de la tecnología eléctrica, la densidad de PCB es cada vez mayor, y la calidad del diseño de la placa de PCB tiene un gran impacto en la capacidad de interferencia y anti - interferencia del circuito. Para obtener el mejor rendimiento de los circuitos electrónicos, además de la selección de componentes y el diseño de circuitos, un buen diseño de tablero de PCB también es un factor muy importante en la compatibilidad electromagnética (emc).

1.1 diseño razonable de la capa de PCB

De acuerdo con la complejidad del circuito, la selección racional del número de capas de PCB puede reducir efectivamente la interferencia electromagnética, reducir en gran medida el tamaño del PCB y la longitud del Circuito de corriente y el cableado de rama, y reducir en gran medida la interferencia cruzada entre las señales. Los experimentos han demostrado que cuando se utiliza el mismo material, el ruido de las placas de cuatro capas es 20 DB más bajo que el ruido de las placas de dos capas. Sin embargo, cuanto mayor sea el número de capas, más complejo será el proceso de fabricación y mayor será el costo de fabricación. En el cableado de placas de PCB de varias capas, es mejor utilizar una estructura de cableado de malla en forma de "pozo" entre las capas adyacentes, es decir, las direcciones de los respectivos cableado de las capas adyacentes son perpendiculares entre sí. Por ejemplo, el cableado horizontal superior del pcb, el cableado vertical inferior y luego la conexión a través del agujero.

1.2 diseño razonable del tamaño de la placa de PCB

Cuando el tamaño de la placa de circuito impreso es demasiado grande, la línea impresa aumentará, la resistencia al ruido aumentará, la capacidad de resistencia al ruido disminuirá, el volumen del equipo aumentará y el costo aumentará en consecuencia. Si el tamaño es demasiado pequeño y la disipación de calor no es buena, las líneas adyacentes son vulnerables a la interferencia. En general, la capa mecánica determina el marco físico, es decir, el tamaño exterior de la placa de pcb, y está prohibido usar la capa de retención para determinar el área efectiva de diseño y cableado. En general, dependiendo del número de unidades funcionales del circuito, todos los componentes del circuito integrado, se determina finalmente la forma y el tamaño óptimos de la placa de pcb. Por lo general, se utilizan rectángulos con una relación de aspecto de 3: 2. Cuando el tamaño de la placa de circuito sea superior a 150 mm * 200 mm, se debe considerar la resistencia mecánica del pcb.

2. diseño de la placa de PCB

En el diseño de placas de pcb, los ingenieros electrónicos pueden centrarse solo en aumentar la densidad, reducir el espacio ocupado, realizar una producción simple o perseguir un diseño estético y unificado, ignorando el impacto del diseño del Circuito en la compatibilidad electromagnética, irradiando así una gran cantidad de señales al espacio. Formar interferencia mutua. Un mal diseño de PCB puede causar más problemas de compatibilidad electromagnética (emc) que eliminarlos.

Los circuitos digitales, analógicos y de alimentación de los dispositivos electrónicos tienen diferentes características de diseño y cableado de componentes, y producen diferentes interferencias y métodos para suprimirlas. Debido a las diferentes frecuencias de los circuitos de alta y baja frecuencia, sus métodos de interferencia y supresión de interferencia también son diferentes. Por lo tanto, en la disposición de los componentes, los circuitos digitales, analógicos y de alimentación deben colocarse por separado, y los circuitos de alta frecuencia y baja frecuencia deben separarse. Si es posible, deben aislarse por separado o fabricarse en placas de PCB por separado. En el diseño, se debe prestar especial atención a la distribución de dispositivos de señales fuertes y débiles y la dirección de transmisión de señales.

2.1 diseño de componentes de placas de PCB

El diseño de los componentes de la placa de circuito impreso es el mismo que el de otros circuitos lógicos, y los componentes relacionados entre sí deben colocarse lo más cerca posible para obtener un mejor efecto antiruido. La posición 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 sí.

Los generadores de reloj, los osciladores de cristal y los terminales de entrada del reloj de la CPU son propensos al ruido, por lo que deben estar más cerca unos de otros. Los equipos vulnerables al ruido, los circuitos de baja corriente y los circuitos de alta corriente deben mantenerse lo más alejados posible de los circuitos lógicos. Si es posible, se debe hacer otra placa de pcb, lo cual es muy importante.

Requisitos generales de diseño de los componentes de pcb: el diseño de los componentes de circuito y las rutas de señal debe minimizar el acoplamiento de señales innecesarias.

1) los canales de señal de bajo nivel no pueden acercarse a los canales de señal de alto nivel y a las líneas de alimentación sin filtro, incluidos los circuitos que pueden generar procesos instantáneos.

2) separar circuitos analógicos y digitales de bajo nivel para evitar el acoplamiento de resistencia pública entre circuitos analógicos, digitales y circuitos públicos de alimentación.

3) los circuitos lógicos de alta, media y baja velocidad requieren diferentes áreas en el pcb.

4) al organizar el circuito, se debe minimizar la longitud de la línea de señal.

5) asegúrese de que no haya líneas de señal paralelas demasiado largas entre las placas adyacentes, entre las capas adyacentes de la misma placa y entre los cables adyacentes de la misma capa.

6) los filtros de interferencia electromagnética (emi) deben estar lo más cerca posible de la fuente de interferencia electromagnética y colocarse en la misma placa de circuito.

2.2 cableado de placas de PCB

La composición de la placa de PCB es una estructura multicapa que utiliza una serie de laminaciones, cableado y preinmersión en la pila vertical. En el tablero de PCB multicapa, para facilitar la puesta en marcha, el cable de señal se colocará en la capa exterior.

En el caso de las altas frecuencias, no se pueden ignorar los inductores distribuidos y los condensadores distribuidos de las placas de pcb, como trazas, agujeros, resistencias, condensadores y conectores. La resistencia puede causar reflexión y absorción de señales de alta frecuencia. Los condensadores distribuidos de los rastros también jugarán un papel. Cuando la longitud del rastro es mayor que 1 / 20 de la longitud de onda correspondiente de la frecuencia de ruido, se produce un efecto de antena y el ruido se emite a través del rastro.

La mayor parte del cableado de la placa de PCB se realiza a través del agujero. Un agujero puede traer condensadores distribuidos de aproximadamente 0,5pf, y reducir el número de agujeros puede aumentar significativamente la velocidad.

El propio material de encapsulamiento del circuito integrado introduce condensadores de 2 a 6 PF. los conectores en el PCB tienen inductores distribuidos de 520nh. Un enchufe de circuito integrado dual en línea de 24 agujas introduce una bobina de inducción distribuida de 4 - 18nh.