Technologie PCB - En savoir plus sur la conception de PCB pour IPCB, mais aussi sur le contrôle EMC

L'augmentation de la vitesse d'horloge combinée à un bus haute fréquence et à des débits de données d'interface plus élevés rend la conception de cartes PC plus difficile. Les ingénieurs doivent aller au - delà de la conception logique réelle sur la carte et doivent également prendre en compte d'autres facteurs qui peuvent affecter le circuit, notamment la taille de la carte de circuit souple du module d'empreintes digitales, le bruit ambiant, la consommation d'énergie et la compatibilité électromagnétique (CEM).

Les ingénieurs en matériel doivent résoudre les problèmes EMC pendant la phase de conception de la carte de circuit imprimé du PC pour s'assurer que le système n'est pas affecté par une défaillance EMC.

Bonne conception de mise à la terre

Un système de mise à la terre à faible inductance est le facteur le plus important pour minimiser les problèmes de CEM. Maximiser la surface de mise à la terre sur une carte de circuit imprimé pc peut réduire l'inductance de mise à la terre du système, réduisant ainsi le rayonnement électromagnétique et la diaphonie.

La diaphonie peut exister entre deux fils quelconques sur la carte, en fonction de l'inductance mutuelle et de la capacité mutuelle, et est proportionnelle à la distance entre les fils, au débit de bord et à l'impédance de câblage.

Dans les systèmes numériques, la diaphonie générée par les inductances mutuelles est généralement supérieure à la diaphonie générée par les capacités mutuelles. L'inductance mutuelle peut être réduite en augmentant l'espacement entre les câblages ou en réduisant la distance au plan de masse.

Il existe plusieurs façons de mettre le signal à la terre. La conception de carte de circuit imprimé de l'usine de carte molle de module d'empreinte digitale, où les éléments sont connectés aléatoirement au lieu de mise à la terre, crée une inductance de mise à la terre élevée et conduit inévitablement à des problèmes de CEM. Nous recommandons d'utiliser un plan de masse entièrement pavé, ce qui peut minimiser l'impédance lorsque le courant retourne à l'alimentation, mais le plan de masse nécessite également une couche de carte PC dédiée, ce qui peut ne pas être réaliste pour une carte à double couche.

Par conséquent, nous recommandons aux concepteurs d'utiliser un réseau de mise à la terre. Dans ce cas, l'inductance de la masse dépend de l'espacement entre les grilles.

En outre, la façon dont le signal retourne le système à la terre est également importante. Si le chemin du signal est long, il crée une boucle de terre qui, à son tour, forme une antenne et rayonne de l'énergie. Par conséquent, tous les câblages qui ramènent le courant à l'alimentation doivent choisir le chemin le plus court et atteindre directement le plan de masse.

Il n'est pas recommandé de connecter toutes les différentes mises à la terre au plan de masse. Cela augmentera non seulement la taille de la boucle de courant, mais aussi la probabilité d'un rebond de la terre. La figure 1B montre la méthode recommandée pour connecter le composant au plan de masse.

Une autre bonne façon de réduire les problèmes liés à la CEM est d'épisser la terre avec tout le bord de la carte pour former une cage de Faraday afin qu'aucun signal ne soit transmis au - delà des limites. Une telle approche permet de limiter le rayonnement de la carte de circuit d'usine de carte molle du module d'empreintes digitales à des limites, en évitant que le rayonnement externe ne perturbe le signal sur la carte.

La disposition correcte des couches est également très importante du point de vue EMC. Si vous utilisez plus de deux couches, utilisez une couche complète comme couche de mise à la terre. Si vous utilisez une carte à quatre couches, la couche au - dessous du plan de masse est appliquée comme plan d'alimentation.

Il faut noter que la position du plan de masse doit être comprise entre le câblage du signal haute fréquence et le plan d'alimentation. Si vous utilisez une carte à double couche, mais que vous ne pouvez pas obtenir un plan de masse complet, vous pouvez utiliser un réseau de mise à la terre. Si un plan d'alimentation séparé n'est pas utilisé, le fil de terre doit être parallèle au fil d'alimentation pour assurer une alimentation propre.

Guide de mise en page

Pour protéger la conception contre les Cem, les composants de la carte doivent être classés en fonction de leur fonction (analogique, numérique, alimentation, circuits à basse vitesse, circuits à grande vitesse, etc.). Chaque type de câblage doit être dans la zone spécifiée et des filtres doivent être utilisés aux limites du sous - système.

Une attention particulière doit être accordée aux horloges et autres signaux à grande vitesse lors du traitement des problèmes de circuits numériques. Le câblage pour connecter ce signal doit être aussi court que possible et adjacent au plan de masse pour contrôler le rayonnement et la diaphonie.

Pour de tels signaux, les ingénieurs doivent éviter d'utiliser des trous ou des câblages excessifs sur les bords de la carte ou près des connecteurs. En outre, le signal doit également être éloigné du plan de puissance, car cela provoquerait un bruit sur le plan de puissance. Les câblages utilisés pour la transmission des signaux différentiels doivent être aussi proches les uns des autres que possible afin que la fonction d'annulation de champ magnétique puisse être exercée le plus efficacement possible.

Le câblage qui transmet le signal d'horloge de la source à l'appareil doit avoir des bornes adaptées. Tant que l'impédance ne correspond pas, un problème de réflexion du signal se pose. Si vous ne faites pas attention aux problèmes de réflexion des signaux, beaucoup d'énergie est rayonnée. Les différentes formes de terminaux valides comprennent un point source, un point final et un terminal AC.

Pour le câblage en face de l'oscillateur, le câblage autre que la masse ne doit pas être parallèle à l'oscillateur ou à son câblage ou en dessous de l'oscillateur ou de son câblage; en outre, le cristal doit être proche de la puce désirée.

Comme le courant de retour suit toujours le chemin de la réactance la plus faible, le câblage de masse du courant de transmission doit être proche du câblage qui transmet le signal associé afin de maintenir la boucle de courant la plus courte possible.

Le câblage pour la transmission des signaux analogiques doit être séparé des signaux haute vitesse ou de commutation et doit être protégé par un signal de terre. Un filtre passe - Bas doit toujours être utilisé pour éliminer le bruit haute fréquence couplé au câblage analogique environnant.

De plus, les plans de masse des sous - systèmes analogiques et numériques ne peuvent pas être partagés.

Le bouclier

Tout bruit sur l'alimentation peut affecter le fonctionnement de l'appareil en fonctionnement. En général, la fréquence du bruit couplé à l'alimentation est élevée et nécessite donc un filtre par condensateur de dérivation ou de découplage.

Un condensateur de découplage fournit un chemin de faible impédance pour les courants à haute fréquence du plan d'alimentation à la masse. Le courant circule vers la Terre par un chemin qui forme une boucle de terre. Ce trajet doit rester aussi bas que possible, de sorte que le condensateur de découplage peut être placé le plus près possible de l'IC.

Les grandes boucles de mise à la terre augmentent le rayonnement et peuvent être une source potentielle de défaillance CEM. Plus la fréquence est élevée, plus la réactance du condensateur idéal est proche de zéro, et il n'y a pas de condensateur dit vraiment idéal sur le marché.

L'inductance est également augmentée par les conducteurs et le boîtier IC. Plusieurs Condensateurs à faible inductance équivalente en série peuvent être utilisés pour améliorer l'effet de découplage.

De nombreux problèmes liés à la CEM sont causés par des câbles qui transmettent des signaux numériques. Ces câbles fonctionnent en fait comme des antennes efficaces. Idéalement, le courant entrant dans le câble sort de l'autre extrémité, mais en réalité, la capacité parasite et l'inductance peuvent causer des problèmes de rayonnement.

L'utilisation de paires Torsadées permet de minimiser les problèmes de couplage et d'éliminer tout champ magnétique induit. Si vous utilisez un câble à ruban, vous devez prévoir plusieurs boucles de mise à la terre. Pour les signaux à haute fréquence, un câble blindé doit être utilisé et un blindage de mise à la terre doit être connecté à la tête et à la queue du câble.

Le blindage est un récipient conducteur fermé qui réduit l'EMI en affaiblissant les champs e et h des ondes rayonnées. Il peut être relié au sol et, en absorbant et réfléchissant une partie du rayonnement, il permet de réduire efficacement la taille de l'antenne annulaire. De cette manière, le blindage peut également servir de cloison entre les deux zones, réduisant ainsi le rayonnement énergétique d'une zone à l'autre.

Enfin, le blindage n'est pas une solution électrique, mais un moyen mécanique de réduire la CEM. Un boîtier métallique (matériau conducteur et / ou magnétique) peut être utilisé pour éviter les EMI du système. Selon les exigences pertinentes, nous pouvons couvrir l'ensemble ou une partie du système avec un blindage.