Technologie PCB - Comment optimiser la conception EMC de PCB

Avec le développement de l'ère électrique, il existe de plus en plus de sources d'ondes électromagnétiques dans l'environnement de la vie humaine, telles que la radio, la télévision, les communications par micro - ondes, les appareils ménagers, les champs électromagnétiques à fréquence de puissance et les champs électromagnétiques à haute fréquence des lignes de transmission. Lorsque l'intensité du champ de ces champs électromagnétiques dépasse une certaine limite et que leur durée d'action est suffisamment longue, ils peuvent nuire à la santé humaine; Dans le même temps, ils peuvent également interférer avec d'autres appareils électroniques et les communications. À cet égard, une protection est nécessaire. Les concepts de brouillage électromagnétique et de blindage sont souvent proposés lors du développement, de la production et de l'utilisation de produits électroniques. Lorsque les produits électroniques fonctionnent correctement, le noyau est le processus de travail coordonné entre la carte PCB et les composants qui y sont installés. Il est important d'améliorer les indicateurs de performance des produits électroniques et de réduire l'impact des interférences électromagnétiques.

1. Conception de carte PCB

Une carte de circuit imprimé (PCB) est un support pour les composants de circuit et les dispositifs dans les produits électroniques. Il assure la connexion électrique entre les composants du circuit et l'appareil. C'est le composant le plus fondamental de tous les types d'appareils électroniques. Les performances d'une carte PCB sont directement liées à la qualité et aux performances de l'électronique. Avec le développement des circuits intégrés, de la technologie SMT et de la technologie de micro - assemblage, les produits électroniques multifonctionnels à haute densité sont de plus en plus nombreux, ce qui entraîne un câblage complexe sur la carte PCB, de nombreux composants et une installation dense, créant inévitablement des interférences entre eux, Par conséquent, la suppression du problème des interférences électromagnétiques est devenue la clé du bon fonctionnement des systèmes électroniques. De même, avec le développement de la technologie électrique, la densité des PCB est de plus en plus élevée et la qualité de la conception de la carte PCB a une grande influence sur la capacité d'interférence et d'anti - interférence du circuit. Pour obtenir les meilleures performances d'un circuit électronique, en plus du choix des composants et de la conception du circuit, une bonne conception de carte PCB est également un facteur très important pour la compatibilité électromagnétique (CEM).

1.1 conception raisonnable de la couche PCB

En fonction de la complexité du circuit, un choix judicieux du nombre de couches du PCB peut réduire efficacement les interférences électromagnétiques, réduire considérablement la taille du PCB et la longueur de la boucle de courant et du câblage de dérivation, et réduire considérablement les interférences croisées entre les signaux. Des expériences ont montré que le bruit d'un panneau à quatre couches est inférieur de 20 dB à celui d'un panneau à deux couches lorsque le même matériau est utilisé. Cependant, plus le nombre de couches est élevé, plus le processus de fabrication est complexe et plus le coût de fabrication est élevé. Dans le câblage de cartes PCB multicouches, il est préférable d'utiliser une structure de câblage maillée en forme de "puits" entre les couches adjacentes, c'est - à - dire que les directions de câblage respectives des couches adjacentes sont perpendiculaires entre elles. Par exemple, la partie supérieure du PCB est câblée horizontalement et la partie inférieure verticalement, puis connectée par des trous traversants.

1.2 conception raisonnable de la taille de la carte PCB

Lorsque la carte PCB est surdimensionnée, la ligne imprimée augmente, l'impédance augmente, la résistance au bruit diminue, le volume de l'équipement augmente et le coût augmente en conséquence. Si la taille est trop petite et que la dissipation thermique n'est pas bonne, les lignes adjacentes peuvent facilement être perturbées. En général, la couche mécanique détermine le cadre physique, c'est - à - dire les dimensions extérieures de la carte PCB, et il est interdit d'utiliser Keeping Layer pour déterminer la surface effective de la disposition et du câblage. En général, en fonction du nombre de cellules fonctionnelles du circuit, tous les composants du circuit intégré sont finalisés pour déterminer la forme et les dimensions optimales de la carte PCB. On utilise généralement un rectangle avec un rapport d'aspect de 3: 2. Lorsque la taille de la carte est supérieure à 150mM * 200mm, la résistance mécanique du PCB doit être prise en compte.

2. Disposition de la carte PCB

Dans la conception d'une carte PCB, un ingénieur en électronique peut se concentrer uniquement sur l'augmentation de la densité, la réduction de l'espace occupé, la production simple ou la poursuite d'une disposition esthétique et uniforme, ignorant l'impact de la disposition du circuit sur la compatibilité électromagnétique, rayonnant ainsi de grandes quantités de signaux dans L'espace. Formation d'interférences mutuelles. Une mauvaise disposition de PCB peut causer plus de problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM) que de les éliminer.

La disposition des éléments et les caractéristiques de câblage des circuits numériques, des circuits analogiques et des circuits d'alimentation dans les appareils électroniques diffèrent, tout comme les interférences qu'ils génèrent et les méthodes de suppression des interférences. Comme les fréquences des circuits haute et basse fréquence sont différentes, leurs interférences et les moyens de les supprimer sont également différents. Ainsi, dans la disposition des éléments, le circuit numérique, le circuit analogique et le circuit d'alimentation doivent être placés séparément, le circuit haute fréquence et le circuit basse fréquence doivent être séparés. Si possible, ils doivent être isolés individuellement ou fabriqués séparément en carte PCB. Dans la disposition, une attention particulière doit être accordée à la distribution du dispositif des signaux forts et faibles et au sens de transmission du signal.

2.1 disposition des composants de la carte PCB

La disposition des composants de la carte PCB est la même que pour les autres circuits logiques, et les composants liés les uns aux autres doivent être placés le plus près possible pour une meilleure résistance au bruit. La position des éléments sur la carte PCB doit tenir pleinement compte du problème de la résistance aux interférences électromagnétiques. L'un des principes est que les conducteurs entre les composants doivent être aussi courts que possible. Dans la disposition, la Section de signal analogique, la Section de circuit numérique à grande vitesse et la Section de source de bruit (par exemple, relais, interrupteurs à courant élevé, etc.) doivent être raisonnablement séparées afin de minimiser le couplage des signaux entre elles.

Les générateurs d'horloge, les oscillateurs à cristal et les bornes d'entrée d'horloge CPU sont tous sensibles au bruit, ils devraient donc être plus proches les uns des autres. Les appareils sensibles au bruit, les circuits à faible courant et les circuits à courant élevé doivent être éloignés autant que possible des circuits logiques. Si possible, il est très important de faire une autre carte PCB.

Configuration générale requise pour les composants PCB: la configuration des composants du circuit et des chemins de signal doit minimiser le couplage de signaux inutiles.

1) un canal de signal de niveau bas ne peut pas être proche d'un canal de signal de niveau haut et d'une ligne d'alimentation non filtrée, y compris un circuit qui peut produire un processus transitoire.

2) séparer le circuit analogique de bas niveau et le circuit numérique pour éviter le couplage d'impédance commun entre le circuit analogique, le circuit numérique et la boucle commune d'alimentation.

3) les circuits logiques à haute, moyenne et basse vitesse ont besoin de différentes zones sur le PCB.

4) lors de la disposition des circuits, la longueur de la ligne de signal doit être minimisée.

5) assurez - vous qu'il n'y a pas de lignes de signal parallèles trop longues entre les plaques adjacentes, entre les couches adjacentes d'une même plaque et entre les câblages adjacents d'une même couche.

6) le filtre d'interférence électromagnétique (EMI) doit être placé aussi près que possible de la source d'interférence électromagnétique et placé sur la même carte.

2.2 câblage de la carte PCB

La composition de la carte PCB est une structure multicouche utilisant une série de traitements de laminage, de câblage et de pré - imprégnation sur un empilement vertical. Dans la carte PCB multicouche, pour faciliter la mise en service, la ligne de signal sera posée sur la couche la plus externe.

Dans le cas des hautes fréquences, l'inductance de distribution et la capacité de distribution de la carte PCB, telles que les traces, les Vias, les résistances, les condensateurs et les connecteurs, ne peuvent pas être négligées. La résistance provoque la réflexion et l'absorption des signaux à haute fréquence. La capacité de distribution des traces jouera également un rôle. Lorsque la longueur de la trace est supérieure à 1 / 20 de la longueur d'onde correspondante de la fréquence du bruit, un effet d'antenne se produit et un bruit est émis à travers la trace.

La plupart du câblage de la carte PCB se fait à travers des trous. Un sur - trou peut apporter une capacité répartie d'environ 0,5 PF et la réduction du nombre de sur - trous peut augmenter considérablement la vitesse.

Le matériau d'encapsulation du circuit intégré lui - même introduit une capacité de 2 à 6 PF. Le connecteur sur le PCB a une inductance répartie de 520 NH. La prise de circuit intégré double en ligne à 24 broches introduit une inductance distribuée de 4 à 18 NH.