L'actualité PCB - EMC Design pour circuits imprimés

La compatibilité électromagnétique fait référence à la capacité d'un appareil ou d'un système à fonctionner correctement dans son environnement électromagnétique sans causer de perturbations électromagnétiques insupportables à quoi que ce soit dans l'environnement. Le but de la conception de la compatibilité électromagnétique est de permettre à l'électronique de supprimer diverses perturbations externes, de permettre à l'électronique de fonctionner correctement dans un environnement électromagnétique particulier et de réduire les interférences électromagnétiques de l'électronique elle - même sur d'autres appareils électroniques.

À mesure que la sensibilité des appareils électroniques augmente et que leur capacité à recevoir des signaux faibles augmente, les bandes de fréquences des appareils électroniques deviennent plus larges et plus petites, ce qui nécessite une plus grande résistance aux interférences des appareils électroniques. Les ondes électromagnétiques produites par certains appareils électroniques peuvent facilement causer des perturbations électromagnétiques aux autres appareils électroniques environnants, provoquant des pannes ou affectant la transmission du signal. En outre, une perturbation électromagnétique excessive peut provoquer une pollution électromagnétique, mettre en danger la santé des personnes et endommager l'environnement écologique. Cet article analyse plusieurs technologies clés pour la compatibilité électromagnétique dans la conception de circuits imprimés (circuits imprimés).

1. Conception de puissance

L'alimentation de l'électronique est largement connectée à d'autres unités fonctionnelles. D'une part, les signaux inutiles générés dans l'alimentation peuvent être facilement couplés à chaque unité fonctionnelle. D'autre part, des signaux inutiles dans la cellule peuvent être couplés à l'impédance commune de l'alimentation. Passez aux autres unités. Par conséquent, les mesures suivantes doivent être prises dans la conception de l'alimentation.

(1) selon la taille actuelle de la carte de circuit imprimé, essayez d'augmenter la largeur de la ligne d'alimentation, de réduire la résistance de la boucle, de sorte que la direction de la ligne d'alimentation et de la ligne de terre corresponde à la direction de transmission des données; Dans le même temps, la couche d'alimentation et la couche de terre sont utilisées dans un PCB multicouche pour réduire la longueur de ligne de la ligne d'alimentation à la couche d'alimentation ou à la couche de terre. Cela contribue à renforcer la résistance au bruit;

2° si possible, faire en sorte que l’alimentation électrique alimente chaque unité fonctionnelle séparément et que tous les circuits utilisant l’alimentation électrique commune soient aussi proches les uns des autres et compatibles les uns avec les autres que possible;

(3) l’utilisation de filtres de puissance sur les sources d’alimentation en courant alternatif et en courant continu pour empêcher les interférences externes d’entrer dans l’appareil par l’intermédiaire de la source d’alimentation, pour empêcher les transitoires de commutation et autres signaux produits à l’intérieur de l’appareil d’entrer dans la source d’alimentation primaire et pour isoler efficacement les lignes d’entrée et de sortie de l’alimentation et les entrées des filtres et des lignes de sortie;

(4) un blindage efficace du champ électromagnétique de l'alimentation électrique et, dans la mesure du possible, isoler l'alimentation haute tension des circuits sensibles, en particulier l'alimentation à découpage, ce qui provoque des interférences de rayonnement et de conduction à haute fréquence. Utilisant un transformateur de puissance blindé électrostatique pour supprimer les interférences de mode commun sur la ligne de puissance, plusieurs transformateurs isolés blindés ont de meilleures performances;

(5) l'alimentation doit maintenir une faible impédance de sortie dans tous les états fonctionnels du circuit. Même dans la gamme RF, le condensateur de sortie doit présenter une faible impédance tout en assurant un temps de réponse suffisamment rapide du régulateur pour supprimer les ondulations et les transitoires à haute fréquence. Effet de chargement

(6) La Diode redresseur doit fonctionner à la densité de courant la plus faible pour fournir une dérivation RF suffisante pour la Diode Zener;

(7) les transformateurs de puissance doivent être symétriquement équilibrés et non équilibrés en puissance, et le noyau utilisé doit être la limite inférieure de son induction magnétique de saturation (BM). Dans tous les cas, il est essentiel de veiller à ce que le noyau ne soit pas entraîné à saturation. La structure du noyau du transformateur doit être de type D et c, suivi du type E.

2. Conception de ligne de sol

Le bruit de terre, c'est - à - dire la différence de potentiel entre les lignes de masse des différentes parties du système ou le bruit de terre dû à la présence d'une impédance de terre. En raison du problème de différence de potentiel de terre du système de mise à la terre, lors de la conception de la mise à la terre du produit, la méthode de mise à la terre correspondante doit être choisie en fonction des caractéristiques du PCB. Dans la conception des produits électroniques, la mise à la terre est un moyen important de contrôler les interférences. La plupart des problèmes d'interférence peuvent être résolus si la mise à la terre et le blindage peuvent être combinés correctement. La structure de la ligne de terre dans l'électronique comprend à peu près systématiquement, châssis, numériquement et analogiquement. La conception de la ligne de mise à la terre doit prêter attention aux points suivants:

(1) le fil de terre doit être aussi épais que possible. Si la ligne de terre est fine, le potentiel de terre fluctue avec le changement de courant, ce qui entraîne une instabilité du niveau du signal de synchronisation de l'électronique et une diminution de la résistance au bruit. Par conséquent, le fil de terre doit être aussi épais que possible dans la conception, de sorte que trois fois le courant peut être autorisé à travers la carte de circuit imprimé. Si possible, la largeur du fil de terre doit être supérieure à 3 mm.

(2) Choisissez correctement la méthode de mise à la terre. Le but d'une mise à la terre à point unique est d'empêcher le courant et le courant radiofréquence provenant de deux sous - systèmes de niveaux de référence différents de traverser le même chemin de retour et de provoquer un couplage d'impédance commun. Cette méthode de mise à la terre est plus adaptée aux PCB basse fréquence et peut réduire l'impact de l'impédance de transmission distribuée. Cependant, dans un PCB haute fréquence, l'inductance de la voie de retour devient la partie principale de l'impédance de la ligne à haute fréquence. Ainsi, pour minimiser l'impédance de masse dans un PCB haute fréquence, on utilise généralement une méthode de mise à la terre multipoint. La mise à la terre multipoint nécessite avant tout une longueur minimale de fil de terre, car plus le fil est long signifie plus d'inductance, ce qui augmente l'impédance de la terre et crée une différence de potentiel de terre. La structure de mise à la terre hybride est une combinaison de mise à la terre à un point et de mise à la terre à plusieurs points. Une telle structure est généralement utilisée lorsqu'il y a des fréquences mixtes hautes et basses dans un PCB, c'est - à - dire lorsqu'il y a une mise à la terre à un point à basse fréquence et une mise à la terre à plusieurs points à haute fréquence.

(3) la mise à la terre numérique est séparée de la mise à la terre analogique. Il y a à la fois des circuits logiques à grande vitesse et des circuits linéaires sur la carte. Ils doivent être séparés autant que possible. Les fils de terre des deux ne doivent pas être mélangés et doivent être connectés aux fils de terre des bornes d'alimentation. La ligne de masse du circuit basse fréquence doit être en un point et couplée à la masse autant que possible. Lorsque le câblage réel est difficile, il peut être partiellement connecté en série, puis mis à la terre en parallèle. Le circuit à haute fréquence doit être mis à la terre en série multipoints, la ligne de terre doit être courte et épaisse, et une feuille de mise à la terre de grande surface en forme de grille doit être utilisée autour de l'élément à haute fréquence autant que possible. Essayez d'augmenter la zone de mise à la terre du circuit linéaire.

(4) le fil de terre forme un circuit fermé. Lors de la conception d'un système de mise à la terre pour une carte de circuit imprimé composée uniquement de circuits numériques, faire du fil de terre un circuit fermé peut améliorer considérablement la résistance au bruit. En raison de la présence de nombreux éléments de circuit intégré sur la carte de circuit imprimé, en particulier lorsqu'il y a des éléments qui consomment plus d'énergie, une grande différence de potentiel est créée sur la ligne de masse en raison de la limitation de l'épaisseur de la ligne de masse, ce qui entraîne une diminution de La résistance au bruit. La ligne de masse forme une boucle qui réduira la différence de potentiel et améliorera la résistance au bruit de l'électronique.

(5) utilisez un isolateur optique pour couper les interférences du circuit de mise à la terre. Les connexions optiques utilisent généralement des coupleurs optiques et des connexions par fibre optique. La capacité parasite du coupleur optique est généralement de 2 PF, ce qui permet d'assurer une bonne isolation des hautes fréquences. Les connexions à fibre optique ont peu de capacité parasite, mais leur installation et leur maintenance sont coûteuses et peu pratiques.

3. Conception de dérivation et de découplage

Le Bypass fait référence à la transmission d'énergie RF de mode commun non désirée à partir d'un composant ou d'un câble. La fonction principale du condensateur de dérivation est de générer une composante alternative pour éliminer l'énergie non désirée entrant dans la zone sensible. Par découplage, on entend que la fonction principale de l'élimination du condensateur de découplage est de fournir une alimentation locale en courant continu à l'ensemble afin de réduire la propagation du bruit de commutation sur la carte et de diriger le bruit vers le sol.

3.1 choix des condensateurs

En choisissant les condensateurs de dérivation et de découplage, il est possible de calculer la fréquence d'auto - résonance du condensateur désiré par la progression logique et la vitesse d'horloge utilisées, et de choisir la valeur du condensateur en fonction de la fréquence et de la tolérance dans le circuit. Pour la taille du boîtier, essayez de choisir un condensateur SMT avec une inductance de fil inférieure plutôt qu'un condensateur via. En outre, les conceptions de produits utilisent généralement des condensateurs de découplage en parallèle pour fournir une plus grande bande de fréquence de fonctionnement et réduire les déséquilibres de masse. Un système de condensateurs en parallèle, les gros condensateurs présentant une impédance inductive lorsque la fréquence de fonctionnement est supérieure à la fréquence d'auto - résonance et augmentant avec la fréquence; Alors que les petits condensateurs présentent une impédance Capacitive qui diminue avec l'augmentation de la fréquence, l'impédance Capacitive de l'ensemble du circuit de condensateur est alors inférieure à celle d'un seul condensateur.

3.2 configuration du condensateur de dérivation

Les condensateurs de dérivation sont généralement utilisés comme dispositifs de dérivation haute fréquence pour réduire les besoins transitoires en puissance des modules de puissance. En général, les condensateurs électrolytiques en aluminium et les condensateurs au tantale conviennent mieux comme condensateurs de dérivation. La valeur de la capacité dépend des exigences de courant transitoires sur le PCB. Dans la gamme 10 ~ 470lf, s'il y a beaucoup de circuits intégrés, de circuits de commutation à grande vitesse et d'alimentation à long fil sur le PCB, vous devez choisir un condensateur de grande capacité.

3.3 configuration du condensateur de découplage

(1) Un condensateur électrolytique de 10 ~ 100lf est connecté à l'entrée d'alimentation. Si possible, il est préférable de connecter plus de 100lf;

(2) en principe, chaque puce de circuit intégré devrait être équipée d'un condensateur en céramique de 0,01 PF. Si l'écart entre les plaques d'impression n'est pas suffisant, un condensateur au tantale de 1 à 10 PF peut être installé tous les 4 à 8 puces;

(3) dans le cas d'appareils ayant une faible résistance au bruit et une grande variation de puissance lors de l'arrêt, tels que les dispositifs de stockage Ram et rom, un condensateur de découplage doit être connecté directement entre la ligne d'alimentation de la puce et la ligne de masse;

(4) Les conducteurs de condensateur ne doivent pas être trop longs, en particulier les condensateurs de dérivation haute fréquence;

(5) comme il y a des contacteurs, des relais, des boutons - poussoirs et d'autres composants dans la carte d'impression, il y aura une décharge d'étincelle plus importante pendant le fonctionnement et un Circuit RC doit être utilisé pour absorber le courant de décharge. En général, r prend 1 ~ 2K et c prend 2,2 ~ 47lf;

(6) L'impédance d'entrée du CMOS est élevée et sensible à l'induction, de sorte que les bornes inutilisées doivent être mises à la terre ou connectées à une alimentation positive lorsqu'elles sont utilisées.

4. Conception de la carte de circuit de signal mixte

Comprendre le chemin et la méthode de retour du courant à la terre est la clé pour optimiser la conception d'une carte à signaux mixtes. Vous ne pouvez pas simplement penser à la direction du courant de signal et ignorer le chemin spécifique du courant. Si la couche de mise à la terre doit être divisée et que le câblage doit passer par des espaces entre les partitions, un point unique de connexion peut être fait entre les mises à la terre divisées pour former un pont de connexion entre les deux mises à la terre, qui est ensuite câblé à travers le pont de connexion. De cette manière, il est possible de prévoir une voie de retour continue sous chaque ligne de signal, de sorte que la surface de boucle formée est faible. Voici quelques points à noter lors de la conception d'un PCB à signaux mixtes:

(1) diviser le PCB en parties analogiques et numériques indépendantes, réaliser la Division des alimentations analogiques et numériques et placer le convertisseur A / D entre les partitions;

(2) ne pas diviser le sol. Pose d'une masse uniforme sous la partie analogique et la partie numérique de la carte;

(3) dans toutes les couches de la carte, les signaux numériques ne peuvent être câblés que dans la partie numérique de la carte et les signaux analogiques ne peuvent être câblés que dans la partie analogique de la carte;

(4) Le câblage ne doit pas traverser l'espace entre les plans d'alimentation excessifs et les lignes de signalisation qui doivent traverser l'espace entre les plans d'alimentation excessifs doivent être situées sur une couche de câblage près de la masse de la grande zone;

(5) Analyser le chemin et la méthode du courant réel de retour à la terre;

(6) adoptez la disposition correcte et les règles de câblage.

En conclusion, à mesure que les produits électroniques deviennent de plus en plus complexes, rapides et denses, les exigences de conception pour les cartes PCB sont de plus en plus élevées, en particulier les problèmes de conception de la compatibilité électromagnétique sont de plus en plus importants, Conception rationnelle de circuits de dérivation, de découplage et de signaux mixtes, etc.