Technologie PCB - Conception haute vitesse PCB EMC quarante - sept

Courant de mode différentiel et courant de mode commun:

Génération de rayonnement: le courant électrique produit un rayonnement, pas une tension électrique, l'électricité statique produit un champ électrostatique, le courant constant produit un champ magnétique et le courant variable dans le temps produit à la fois un champ électrique et un champ magnétique. Il y a un courant de mode commun et un courant de mode différentiel dans n'importe quel circuit. Les signaux de mode différentiel portent des données ou des signaux utiles. Le signal de mode commun est un effet négatif du mode différentiel.

Courant de mode différentiel: de taille égale et de sens opposé (phase). En raison de la distribution discontinue de la capacité, de l'inductance et de l'impédance des traces de signal, et du fait que le chemin de retour du signal traverse le chemin inattendu, le courant de mode différentiel sera converti en courant de mode commun.

Courant de mode commun: la taille n'est pas nécessairement la même, la direction (phase) est la même. Les interférences externes de l'appareil sont plus souvent de mode commun, il existe également des interférences de mode différentiel, mais l'intensité des interférences de mode commun tend à être de plusieurs ordres de grandeur supérieure à l'intensité des interférences de mode différentiel. Les perturbations externes sont principalement des perturbations de mode commun. L'interférence de mode commun elle - même n'est généralement pas nocive pour l'appareil, mais si l'interférence de mode commun est convertie en interférence de mode différentiel, elle sera grave, car les signaux utiles sont tous des signaux de mode différentiel. Le champ magnétique du courant de mode différentiel est principalement concentré dans la zone de boucle formée par le courant de mode différentiel, au - delà de laquelle les lignes de champ magnétique s'annulent mutuellement; Le champ magnétique du courant de mode commun est en dehors de la zone de boucle et la direction du champ magnétique généré par le courant de mode commun est la même. La conception EMC de nombreux PCB suit la théorie ci - dessus.

Les moyens de supprimer les interférences sur la carte PCB sont:

Réduction de l'aire de la boucle de signal de mode différentiel

Réduction du retour de bruit haute fréquence (filtrage, isolation et adaptation)

Réduire la tension de mode commun (conception à la terre)

Résumé des principes de conception des PCB

Principe 1: la fréquence d'horloge PCB est supérieure à 5MHz ou le temps de montée du signal est inférieur à 5ns, généralement besoin d'adopter une conception de panneau multicouche. Raison: avec une conception de panneau multicouche, la zone de la boucle de signal peut être bien contrôlée.

Principe 2: pour une carte multicouche, la couche de câblage critique (la couche où se trouvent les lignes d'horloge, les bus, les lignes de signal d'interface, les lignes RF, les lignes de signal de Réinitialisation, les lignes de signal de sélection de puce et les différentes lignes de signal de commande) doit être adjacente à la masse complète. De préférence entre les deux plans de masse. Raison: les lignes de signal critiques sont généralement des lignes de signal fortement rayonnées ou extrêmement sensibles. Le câblage à proximité du plan de masse peut réduire la zone de boucle du signal, réduire l'intensité du rayonnement ou améliorer la résistance aux interférences.

Principe 3: pour les panneaux monocouches, les deux côtés de la ligne de signalisation critique doivent couvrir le sol; Raison: les deux côtés du signal de frappe sont couverts par le sol. D'une part, il permet de réduire la zone de boucle de signal et d'éviter la diaphonie entre les lignes de signal et les autres lignes de signal.

Principe 4: pour les panneaux à double couche, une grande surface de sol doit être posée sur le plan de projection de la ligne de signalisation critique ou, comme pour les panneaux simples, le sol doit être perforé. Cause: même signal de frappe que pour les plaques multicouches près du sol

Principe 5: dans une carte multicouche, le plan d'alimentation doit être rétracté 5H - 20h par rapport à son plan de masse adjacent (H étant la distance entre l'alimentation et le plan de masse). Cause: la dépression du plan d'alimentation par rapport à son plan de retour au sol peut efficacement supprimer les problèmes de rayonnement de bord.

Principe 6: le plan de projection de la couche de câblage doit être dans la zone de la couche de plan de retour. Cause: si la couche de câblage n'est pas dans la zone de projection de la couche plane de reflux, cela causera des problèmes de rayonnement de bord et augmentera la surface de boucle du signal, ce qui entraînera une augmentation du rayonnement de mode différentiel.

Principe 7: dans les panneaux multicouches, les couches supérieure et inférieure du placage doivent, dans la mesure du possible, être exemptes de lignes de signalisation supérieures à 50 MHz. Raison: il est préférable de marcher les signaux haute fréquence entre deux couches planes pour inhiber leur rayonnement vers l'espace.

Principe 8: pour les placages fonctionnant à une fréquence supérieure à 50 MHz au niveau du placage, les couches top et boottom doivent être recouvertes d'une feuille de cuivre de mise à la terre si la deuxième et l'avant - dernière couche sont des couches de câblage. Raison: il est préférable que le signal haute fréquence marche entre deux couches planes pour inhiber son rayonnement vers l'espace.

Principe 9: dans une carte multicouche, le plan d'alimentation de travail principal de la carte unique (le plan d'alimentation le plus largement utilisé) doit être très proche de son plan de masse. Raison: les plans d'alimentation et de masse adjacents peuvent réduire efficacement la zone de boucle du circuit d'alimentation.

Principe 10: dans un panneau monocouche, il doit y avoir une ligne de terre à proximité et parallèle à la ligne d'alimentation. Raison: la zone de la boucle de courant d'alimentation est réduite.

Principe 11: dans un panneau double couche, il doit y avoir un fil de terre près et parallèle à la ligne d'alimentation. Raison: la zone de la boucle de courant d'alimentation est réduite.

Principe 12: dans la conception en couches, essayez d'éviter les configurations adjacentes des couches de câblage. Si les couches de câblage sont inévitablement adjacentes l'une à l'autre, l'espacement des couches entre les deux couches de câblage doit être augmenté de manière appropriée et l'espacement des couches entre les couches de câblage et leurs circuits de signalisation doit être réduit. Cause: des traces de signal parallèles sur des couches de câblage adjacentes peuvent provoquer une diaphonie du signal.

Principe 13: les couches planes adjacentes doivent éviter le chevauchement de leurs plans de projection. Cause: lorsque les projections se chevauchent, la capacité de couplage entre les couches entraîne un couplage mutuel du bruit entre les couches.

Principe 14: lors de la conception de la mise en page de PCB, les principes de conception de la pose en ligne droite le long du flux de signal doivent être entièrement respectés, en essayant d'éviter les boucles d'aller - retour. Raison: Évitez le couplage direct du signal, ce qui affecte la qualité du signal.

Principe 15: lorsque plusieurs circuits modulaires sont placés sur le même bloc de PCB, les circuits numériques et analogiques, ainsi que les circuits haute et basse vitesse, doivent être disposés séparément. Raison: Évitez les interférences mutuelles entre les circuits numériques, analogiques, à grande vitesse et à faible vitesse.

Principe 16: lorsqu'il y a des circuits haute vitesse, moyenne vitesse et basse vitesse sur la carte, suivez les circuits haute vitesse et moyenne vitesse et éloignez - vous de l'interface. Cause: Évitez le bruit du circuit haute fréquence rayonnant vers l'extérieur à travers l'interface.

Principe 17: les condensateurs de stockage d'énergie et de filtrage haute fréquence doivent être placés à proximité des circuits ou des dispositifs de l'unité où les variations de courant sont importantes (par exemple, modules d'alimentation: bornes d'entrée et de sortie, ventilateurs et relais). Raison: la présence d'un condensateur de stockage d'énergie peut réduire la surface de boucle d'une boucle de courant important.

Principe 18: le circuit de filtrage du port d'entrée d'alimentation de la carte doit être placé près de l'interface. Raison: pour éviter un recouplement du circuit de filtrage.

Principe 19: sur un PCB, les composants de filtrage, de protection et d'isolation du circuit d'interface doivent être placés à proximité de l'interface. Justification: il peut efficacement atteindre l'effet de protection, de filtration et d'isolation.

Principe 20: s'il y a à la fois un filtre et un circuit de protection à l'interface, le principe de protection avant filtrage doit être suivi. Cause: le circuit de protection est utilisé pour supprimer les surtensions et les surintensités externes. Si le circuit de protection est placé après le circuit de filtrage, le circuit de filtrage est endommagé par des surtensions et des surintensités.

Principe 21: lors de l'agencement, assurez - vous que les lignes d'entrée et de sortie des circuits de filtrage (filtres), d'isolation et de protection ne sont pas couplées entre elles. Cause: les effets de filtrage, d'isolation ou de protection sont atténués lorsque les traces d'entrée et de sortie des circuits ci - dessus sont couplées entre elles.

Principe 22: si une interface « sol propre » est conçue sur une planche, l’ensemble filtration et isolation doit être placé sur une bande de séparation entre le « sol propre » et le sol de travail. Cause: éviter que les dispositifs de filtration ou d'isolation soient couplés entre eux par une couche plane, ce qui affaiblirait l'effet.

Principe 23: sur un « sol propre », aucun dispositif autre qu’un dispositif de filtration et de protection ne peut être placé. Pourquoi: la conception « Clean Ground» est conçue pour assurer un rayonnement minimal de l'interface et « Clean Ground» est facilement couplé à des interférences extérieures, alors n'ayez pas d'autres circuits et appareils indépendants dans un « endroit propre».

Principe 24: maintenir les appareils à rayonnement intense tels que les cristaux, les oscillateurs à cristaux, les relais et les alimentations à découpage à une distance d'au moins 1000 mils du connecteur d'interface de la carte. Cause: les interférences rayonnent directement ou le courant est couplé au câble de sortie pour rayonner vers l'extérieur.

Principe 25: les circuits ou dispositifs sensibles (tels que les circuits de Réinitialisation, les circuits Watchdog, etc.) doivent être situés à au moins 1 000 mils de chaque bord de la carte, en particulier des bords des interfaces de la carte. Cause: les endroits semblables aux interfaces à carte unique sont les endroits les plus sensibles aux interférences externes telles que l'électricité statique, tandis que les circuits sensibles tels que les circuits de Réinitialisation et les circuits de chien de garde peuvent facilement provoquer un mauvais fonctionnement du système.

Principe 26: le condensateur de filtrage filtré par IC doit être placé le plus près possible de la broche d'alimentation de la puce. Raison: plus le condensateur est proche de la broche, plus la zone de la boucle haute fréquence est petite et moins le rayonnement est important.

Principe 27: pour une résistance adaptée en série à l'extrémité de départ, elle doit être placée près de sa sortie de signal. Raison: la résistance d'adaptation série à l'extrémité de départ est conçue pour additionner l'impédance de sortie à la sortie de la puce et l'impédance de la résistance série à l'impédance caractéristique de la trace. La résistance d'adaptation est placée à la fin et ne peut pas satisfaire l'équation ci - dessus.

Principe 28: les traces de PCB ne peuvent pas avoir de traces à angle droit ou aigu. Cause: le câblage à angle droit entraîne une discontinuité d'impédance, ce qui entraîne la transmission du signal, ce qui entraîne une sonnerie ou un dépassement et un rayonnement EMI intense.

Principe 29: essayez d'éviter les configurations de couche pour les couches de câblage adjacentes. Lorsque cela est inévitable, essayez de faire en sorte que la longueur des traces dans les deux couches de câblage soit inférieure à 1000 mil perpendiculaires ou parallèles entre elles. Raison: pour réduire la diaphonie entre les traces parallèles.

Principe 30: si la carte a une couche de câblage de signal interne, les lignes de signal critiques telles que l'horloge doivent être posées à la couche interne (couche de câblage préférée). Raison: le déploiement de signaux critiques sur la couche de câblage interne peut jouer un rôle de blindage.

Principe 31: il est recommandé de couvrir les lignes de terre des deux côtés de la ligne d'horloge. Le fil de terre devrait être mis à la terre tous les 3000mil. Raison: Assurez - vous que tous les points de la ligne de mise à la terre de l'emballage ont un potentiel égal.

Principe 32: les traces de signaux critiques telles que les horloges, les bus, les lignes RF et autres traces parallèles de même couche doivent respecter le principe 3W. Raison: pour éviter la diaphonie entre les signaux.

Principe 33: Les Plots des fusibles montés en surface, des billes magnétiques, des inductances et des condensateurs au tantale utilisés pour les alimentations électriques à courant 1a ne doivent pas comporter moins de deux perçages reliés à la couche plane. Cause: diminution de l'impédance équivalente des pores.

Principe 34: les lignes de signal différentiel doivent être sur la même couche, de longueur égale, fonctionner en parallèle, en gardant une impédance uniforme et aucun autre câblage entre les lignes différentielles. Raison: garantir l'égalité de l'impédance de mode commun des paires de lignes différentielles, améliorer leur capacité d'anti - interférence.

Principe 35: les traces de signaux critiques ne doivent pas traverser les zones (y compris les interstices dans le plan de référence causés par les trous et les Plots). Raison: le câblage à travers la cloison augmente la surface de la boucle de signal.

Principe 36: lorsqu'il est inévitable de diviser une ligne de signal sur le plan de retour de la ligne de signal, il est recommandé d'utiliser une méthode de condensateur en pont à proximité de la Division de l'étendue du signal. La valeur du condensateur est de 1nf. Raison: la zone de boucle a tendance à augmenter lorsque la portée du signal est divisée. La boucle de signal utilise un pont artificiel à la terre.

Principe 37: il ne doit pas y avoir d'autres traces de signaux non corrélés sous le filtre (circuit de filtrage) sur la carte. Cause: la distribution de la capacité affaiblit l'effet de filtrage du filtre.

Principe 38: les lignes de signaux d'entrée et de sortie d'un filtre (circuit de filtrage) ne peuvent être parallèles ou croisées. Raison: avant et après le filtrage, évitez le couplage de bruit direct entre les pistes d'enregistrement.

Principe 39: la distance entre la ligne de signal critique et le bord du plan de référence est?? 3H (H étant la hauteur de la ligne par rapport au plan de référence). Cause: inhibition de l'effet de rayonnement marginal.

Principe 40: pour les composants de mise à la terre de boîtiers métalliques, le cuivre de mise à la terre doit être posé à la couche supérieure de la zone de projection. Raison: la capacité répartie entre le boîtier métallique et le cuivre mis à la terre est utilisée pour inhiber le rayonnement externe et améliorer l'immunité.

Principe 41: dans un panneau à une ou deux couches, le câblage doit être attentif à la conception de « minimiser la surface de la boucle». Raison: plus la surface de la boucle est petite, plus le rayonnement externe de la boucle est faible et plus la résistance aux interférences est forte.

Principe 42: lors du changement de couche d'une ligne de signal (en particulier d'une ligne de signal critique), le trou de passage à la terre doit être conçu à proximité du trou de passage de changement de couche. Raison: la zone de la boucle de signal peut être réduite.

Principe 43: lignes d'horloge, bus, radiofréquences, etc.: éloigner les lignes de signal fortement rayonnées des lignes de signal d'interface et de sortie. Cause: Évitez les interférences des lignes de signal fortement rayonnées Couplées aux lignes de signal sortant et rayonnant vers l'extérieur.

Principe 44: gardez les lignes de signal sensibles telles que la ligne de signal de Réinitialisation, la ligne de signal de sélection de puce, le signal de commande du système, etc. à distance de la ligne de signal de sortie de l'interface. Cause: la ligne de signal sortant de l'interface entraîne souvent des interférences externes qui, lorsqu'elle est couplée à une ligne de signal sensible, peuvent entraîner une défaillance du système.

Principe 45: dans les cartes simples et doubles, le câblage du condensateur de filtrage doit être filtré par le condensateur de filtrage avant d'atteindre la broche de l'appareil. Raison: la tension d'alimentation est filtrée avant d'alimenter l'IC, et le bruit que l'IC renvoie à l'alimentation est également filtré par le condensateur.

Principe 46: dans une carte simple ou double, si la ligne d'alimentation est longue, un condensateur de découplage doit être ajouté au sol tous les 3000mil et la valeur du condensateur doit être de 10uf + 1000pf. Cause: filtre le bruit à haute fréquence sur la ligne électrique.

Principe 47: les lignes de masse et d'alimentation des condensateurs de filtrage doivent être aussi grossières et courtes que possible. Cause: une Inductance série équivalente diminue la fréquence de résonance du condensateur, affaiblissant son effet de filtrage haute fréquence.