Tecnología de PCB - Precauciones de EMC en el diseño de PCB

Precauciones de EMC en el diseño de 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 y la comunicación por microondas; Electrodomésticos; Campo electromagnético de frecuencia de potencia de la línea de transmisión; Campos magnéticos de alta frecuencia, etc. pueden poner en peligro la salud humana cuando la fuerza del campo de estos campos magnéticos supera un cierto límite y actúa durante el tiempo suficiente; Al mismo tiempo, también interfiere con otros dispositivos electrónicos y Comunicaciones. En este sentido, es necesario protegerlo. En el desarrollo, producción y uso de productos electrónicos, a menudo se proponen conceptos como interferencia electromagnética y blindaje. El núcleo del producto electrónico durante el funcionamiento normal es el proceso de trabajo coordinado entre la placa de circuito y las piezas instaladas en la placa de circuito. es muy 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 los productos electrónicos. La calidad y el rendimiento del equipo son buenos o malos. 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 pcb, muchos componentes e instalaciones densas, lo que inevitablemente causará más interferencia entre ellos. Con la creciente gravedad de la interferencia electromagnética, 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 los PCB es cada vez mayor, y la calidad del diseño de los PCB tiene un gran impacto en la capacidad de interferencia y anti - interferencia de los circuitos. Para obtener el mejor rendimiento de los circuitos electrónicos, además de la selección de componentes y el diseño de circuitos, un buen diseño de PCB también es un factor muy importante en la compatibilidad electromagnética.

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 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 en la parte superior de la placa impresa, el cableado vertical en la parte inferior y luego la conexión a través del agujero.

1.2 diseño razonable del tamaño de los 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 del 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 selecciona un rectángulo con una relación de aspecto de 3: 2. Cuando el tamaño de la placa de circuito sea superior a 150 mmx200 mm, se debe considerar la resistencia mecánica de la placa de circuito.

2 diseño de PCB

En el diseño de pcb, los diseñadores de productos a menudo solo se centran en aumentar la densidad, reducir el espacio ocupado, simplificar o perseguir la belleza y la uniformidad del diseño, ignorando el impacto del diseño del Circuito en la compatibilidad electromagnética, lo que resulta en una gran cantidad de radiación de señal al espacio para formar interferencia mutua. Un mal diseño de PCB puede causar más problemas de compatibilidad electromagnética 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 o fabricarse en placas de circuito separadas. 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 PCB

La disposición de los componentes de PCB es la misma que la de otros circuitos lógicos, y los componentes relacionados entre sí deben estar 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 circuito, 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 utilizan diferentes áreas en los 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.

7) los convertidores DC / dc, los elementos de conmutación y los rectificadores deben estar lo más cerca posible del transformador para minimizar la longitud de sus cables.

8) coloque el componente de regulación de tensión y el capacitor de filtro lo más cerca posible del diodos rectificadores.

9) la placa de circuito impreso se divide en función de la frecuencia y las características del interruptor de corriente, y la distancia entre los componentes ruidosos y los componentes no ruidosos debe ser mayor.

10) el cableado sensible al ruido no debe ser paralelo a las líneas de conmutación de alta corriente y alta velocidad.

11) el diseño de los componentes debe prestar especial atención a los problemas de disipación de calor. Para los circuitos de alta potencia, se deben colocar componentes de calefacción como tubos de potencia y transformadores en la medida de lo posible para facilitar la disipación de calor. No se concentre en un solo lugar y no tenga un alto capacitor demasiado cercano para evitar que los electrolitos envejezcan prematuramente.

2.2 cableado de PCB

La composición del PCB es una serie de capas de laminados, cableado y preimpregnados en una pila vertical. En el PCB multicapa, para facilitar la puesta en marcha, el cable de señal se colocará en la capa exterior.

En el caso de alta frecuencia, no se pueden ignorar el cableado, los agujeros, las resistencias, los condensadores y los inductores de distribución y condensadores de distribución de los conectores en la placa de circuito impreso. 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 circuito impreso 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 un capacitor de 2 a 6 PF. el conector en la placa de circuito tiene un inductor distribuido de 520 nh. El enchufe de circuito integrado de 24 Pines en línea doble introduce un inductor distribuido de 4 - 18nh.

Para evitar el impacto de los parámetros de distribución del cableado de pcb, se deben seguir los requisitos generales:

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

2) en el cableado de placas de doble cara, los cables de ambos lados deben ser verticales, inclinados o doblados para evitar ser paralelos entre sí para reducir el acoplamiento parasitario; En la medida de lo posible, se debe evitar el uso de cables impresos como entrada y salida del circuito. Para evitar comentarios, es mejor agregar un cable de tierra entre estos cables.

3) mantener las líneas de alta frecuencia sensibles alejadas de las líneas eléctricas de alto ruido para reducir el acoplamiento mutuo; Los rastros de los circuitos digitales de alta frecuencia deben ser más delgados y cortos.

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

5) trate de utilizar líneas rotas de 45 ° En lugar de 90 ° para reducir la emisión externa y el acoplamiento de señales de alta frecuencia.

6) la longitud de la línea de dirección o la línea de datos no debe variar demasiado, de lo contrario la parte a corto plazo tendrá que doblarse artificialmente para compensar.

7) preste atención al aislamiento entre las señales de alta corriente, Señales de alta tensión y pequeñas señales (la distancia de aislamiento está relacionada con el voltaje tolerante a soportar. normalmente, a 2 kv, la distancia entre las placas es de 2 mm, y la relación se calcula a partir de esta relación. por ejemplo, para soportar la prueba de voltaje tolerante de 3 kv, la distancia entre las líneas de alta y baja tensión Debe ser superior a 3,5 mm. En muchos casos, para evitar la escalada, se deben abrir las líneas de alta y baja tensión en la placa de circuito impreso. Ranura).

3 diseño de circuitos en PCB

Al diseñar circuitos electrónicos, se considera más el rendimiento real del producto que las características de compatibilidad electromagnética del producto, así como las características de supresión de interferencia electromagnética y anti - interferencia electromagnética. Al utilizar el esquema del circuito para el diseño de pcb, para lograr el propósito de la compatibilidad electromagnética, se deben tomar las medidas necesarias para agregar los circuitos adicionales necesarios sobre la base del esquema del circuito para mejorar el rendimiento de compatibilidad electromagnética de sus productos. Las siguientes medidas de circuito se pueden utilizar en el diseño real de pcb:

1) las resistencias se pueden conectar en serie a los rastros de PCB para reducir la velocidad de conversión del borde inferior de la línea de señal de control.

2) trate de proporcionar algún tipo de amortiguación para relés, etc. (condensadores de alta frecuencia, diodos inversos, etc.).

3) filtrar las señales que entran en la placa de impresión y filtrar las señales de áreas de alto ruido a áreas de bajo ruido. Al mismo tiempo, se utiliza una serie de resistencias terminales para reducir la reflexión de la señal.

4) el extremo inútil del mcu se conectará a la fuente de alimentación o al suelo a través de la resistencia de emparejamiento correspondiente, o se definirá como el extremo de salida. Los terminales de circuitos integrados que deben estar conectados a la fuente de alimentación y al suelo deben estar conectados y no deben mantenerse flotantes.

5) no deje los terminales de entrada del Circuito de puerta no utilizado, sino conecte a la fuente de alimentación o al suelo a través de la resistencia de emparejamiento correspondiente. La entrada positiva del amplificador operativo no utilizado está conectada a tierra, y la entrada negativa está conectada a la salida.

6) establecer un capacitor de desacoplamiento de alta frecuencia para cada circuito integrado. Se debe agregar un pequeño condensadores de derivación de alta frecuencia a cada electrolizador.

7) utilizar condensadores de tantalio de gran capacidad o condensadores de poliéster en lugar de condensadores electroliticos como condensadores de almacenamiento de energía de carga y descarga en placas de circuito. Cuando se utilizan condensadores tubulares, la carcasa debe estar fundamentada.

4 Conclusiones

Con el creciente desarrollo de la Ciencia y la tecnología, la miniaturización e inteligencia de varios dispositivos electrónicos se ha convertido en la tendencia principal. Al mismo tiempo, el entorno operativo de los productos o dispositivos electrónicos se volverá cada vez más complejo. La tecnología antiinterferencia y la tecnología de compatibilidad electromagnética también necesitan ser desarrolladas y maduras constantemente. Los diseñadores de PCB y los fabricantes de placas de circuito deben prestar suficiente atención a las aplicaciones prácticas.