Technologie PCBA - Effet de la rainure du plan de masse sur les caractéristiques EMC de la carte PCB

Les rainures de plan de masse sont des rainures dans la couche de masse de la carte PCB (plan de masse) et sont généralement utilisées pour contenir certaines lignes de signal ou fournir un chemin de retour alternatif requis pour une carte multicouche. La forme, la taille et la position des fentes affecteront directement les performances du circuit.

Analyse de l'impact des rainures du plan de masse sur les caractéristiques EMC de la carte PCB

La conception rainurée du plan de masse peut avoir un impact significatif sur les performances de compatibilité électromagnétique (CEM) de la carte PCB, ce qui peut être nocif ou bénéfique. Pour comprendre cela en profondeur, nous devons d'abord comprendre les caractéristiques de distribution de courant des signaux à haute vitesse et des signaux à basse vitesse sur la carte PCB. Dans le cas d'une transmission à faible vitesse, le courant circule principalement le long du chemin où la résistance est minimale. Comme le montre la figure ci - dessous, lorsque le courant à basse vitesse circule du point a vers le point B, son signal de retour sera largement distribué sur le plan de masse et renvoyé à la source. À ce stade, la distribution du courant est relativement large.

Cependant, dans le cas d'une transmission à grande vitesse, l'effet inductif sur le trajet de retour du signal dépassera l'effet résistif en tant que facteur dominant. Le signal de retour à grande vitesse circulera le long d'un chemin avec une impédance minimale, formant un faisceau étroit et concentré qui suit étroitement la ligne de signal ci - dessous.

Lorsque des circuits incompatibles sont présents sur la carte PCB, il est nécessaire d'adopter une stratégie de "Split - ground" pour éviter la superposition du signal de retour et du couplage d'impédance de masse commun. Cela signifie que les plans de masse de la tension d'alimentation, des signaux numériques et analogiques, des signaux haute et basse vitesse et des signaux à courant élevé et faible sont séparés. Dans la description de la distribution du courant de retour face aux signaux haute et basse vitesse, nous pouvons facilement comprendre l'importance de la stratégie de mise à la terre fractionnée.

Cependant, les signaux haute et basse vitesse peuvent tous deux causer de nombreux problèmes graves lorsqu'ils traversent des emplacements ouverts dans le plan d'alimentation ou le plan de masse. Ces questions comprennent:

Les fentes du plan de masse augmentent la surface de la boucle de courant et donc l'inductance de la boucle, ce qui entraîne une oscillation facile de la forme d'onde de sortie.

Pour les lignes de signal à grande vitesse qui nécessitent un contrôle d'impédance strict et qui sont câblées selon le modèle de ligne à ruban, les fentes perturbent le modèle de ligne à ruban, entraînant une discontinuité d'impédance et donc de graves problèmes d'intégrité du signal.

Les rainures du plan de masse augmentent la possibilité d'émission de rayonnement dans l'espace environnant et rendent la carte plus vulnérable aux interférences des champs magnétiques spatiaux.

Les chutes de tension à haute fréquence aux bornes de l'inducteur de boucle peuvent constituer une source de rayonnement de mode commun et générer des perturbations de rayonnement de mode commun par l'intermédiaire du câble externe.

Les fentes du plan de masse augmentent également le risque de diaphonie des signaux à haute fréquence entre les autres circuits de la carte.

Les principes suivants doivent être respectés lors du traitement des rainures du plan de masse:

Pour les lignes de signal à grande vitesse nécessitant une gestion rigoureuse de l'impédance, leur trajet doit être strictement évité par le câblage à travers les zones de division, afin d'éviter les discontinuités d'impédance, ce qui peut entraîner de graves problèmes d'intégrité du signal;

Lorsque des circuits incompatibles sont présents sur la carte PCB, des mesures de partage de la masse doivent être prises, mais ce faisant, il faut veiller à ce que les lignes de signal à grande vitesse ne soient pas forcées de traverser la zone de division, tout en minimisant les lignes de signal à faible vitesse traversant la zone de Division;

S'il n'est en effet pas possible d'éviter l'alignement à travers la fente de segmentation, un schéma de pontage doit être appliqué pour un traitement approprié;

Les connexions externes avec les connecteurs doivent être évitées lors de la stratification, car s'il existe une différence de potentiel significative entre les points a et B de la formation, des problèmes de rayonnement de mode commun peuvent être causés par des câbles externes;

Dans la conception de PCB de connecteurs à haute densité, à moins qu'il n'y ait des besoins spéciaux, il est généralement nécessaire d'assurer la disposition de chaque broche autour de la grille de mise à la terre, ou de répartir uniformément la grille de mise à la terre dans l'Arrangement de broches pour assurer la continuité du Plan de mise à la terre, empêchant ainsi efficacement l'apparition de fentes.

La rainure du plan de masse a un impact profond sur les performances EMC de la carte PCB et nécessite une conception minutieuse. Suivre les principes d'éviter les lignes à grande vitesse à travers les fentes, la distribution rationnelle de la terre, le pontage si nécessaire et l'optimisation de la disposition des connecteurs peut améliorer efficacement les performances EMC et assurer la stabilité et la fiabilité du produit.