Technologie PCB - Considérations EMC dans la conception de PCB

Considérations EMC dans la conception 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; Appareils ménagers; Le champ électromagnétique de fréquence de fonctionnement de la ligne de transmission; Champs électromagnétiques à haute fréquence, etc. 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; En même temps, il interfère avec d'autres appareils électroniques et les communications. À cet égard, une protection est nécessaire. Des concepts tels que les interférences électromagnétiques et le blindage sont souvent proposés lors du développement, de la production et de l'utilisation de produits électroniques. Le cœur des produits électroniques dans le processus de fonctionnement normal est le processus de travail coordonné entre la carte et les composants installés sur la carte. 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 de circuit imprimé sont directement liées à l'électronique. La qualité et les performances de l'équipement sont bonnes ou mauvaises. Avec le développement des circuits intégrés, de la technologie SMT et de la technologie de micro - assemblage, l'électronique haute densité et multifonctionnelle est de plus en plus présente, ce qui entraîne un câblage complexe sur les PCB, de nombreux composants et une installation intensive, ce qui entraînera inévitablement plus d'interférences entre eux. Avec la gravité croissante des perturbations électromagnétiques, leur suppression 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 des 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 PCB est également un facteur très important pour la compatibilité électromagnétique.

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 en plaques 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 example, la face supérieure de la plaque d'impression est câblée horizontalement et la face inférieure est câblée verticalement, puis connectée par des trous traversants.

1.2 conception raisonnable de taille de 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 du PCB, et il est interdit d'utiliser le 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. Un rectangle sera généralement choisi avec un rapport d'aspect de 3: 2. La résistance mécanique de la carte doit être prise en compte lorsque ses dimensions sont supérieures à 150 mmx200 MM.

2 mise en page PCB

Dans la conception de PCB, les concepteurs de produits ont tendance à se concentrer uniquement sur l'augmentation de la densité, la réduction de l'espace occupé, la simplicité ou la poursuite de l'esthétique et de l'uniformité de la disposition, ignorant l'impact de la disposition du circuit sur la compatibilité électromagnétique, ce qui entraîne une grande quantité de signaux rayonnant dans l'espace pour former des interférences mutuelles. Une mauvaise disposition de PCB peut causer plus de problèmes de compatibilité électromagnétique 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 devraient être isolés ou fabriqués individuellement en planches. 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 PCB

La disposition des éléments PCB est la même que celle des autres circuits logiques, et les éléments liés les uns aux autres doivent être aussi proches que possible afin d'obtenir un meilleur effet anti - bruit. La position des éléments sur la carte de circuit imprimé 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, une autre carte devrait être faite, ce qui est très important.

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) haute, moyenne et basse vitesse circuits logiques utilisent 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.

7) les convertisseurs DC / DC, les éléments de commutation et les redresseurs doivent être placés aussi près que possible du transformateur afin de minimiser la longueur de leurs fils.

8) placez le composant de régulation de tension et le condensateur de filtrage le plus près possible de la diode de redressement.

9) la carte de circuit imprimé est partitionnée selon la fréquence et les caractéristiques de commutation de courant, la distance entre les composants bruyants et les composants non bruyants devrait être plus grande.

10) Le câblage sensible au bruit ne doit pas être parallèle à la ligne de commutation haute vitesse à courant élevé.

11) la disposition des composants doit accorder une attention particulière aux problèmes de dissipation de chaleur. Pour les circuits de forte puissance, les composants chauffants tels que les tubes de puissance et les transformateurs doivent être placés autant que possible pour faciliter la dissipation de chaleur. Ne pas se concentrer en un seul endroit et ne pas avoir une capacité élevée trop proche pour ne pas faire vieillir prématurément l'électrolyte.

2.2 câblage PCB

La composition du PCB est une série de structures multicouches laminées, câblées et préimprégnées sur un empilement vertical. Dans un PCB multicouche, pour faciliter la mise en service, les lignes de signal seront disposées sur la couche la plus externe.

Dans le cas des hautes fréquences, ni le câblage, ni les Vias, ni les résistances, ni les condensateurs sur la carte de circuit imprimé, ni l'inductance de distribution et la capacité de distribution des connecteurs ne peuvent être négligés. 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.

Une grande partie du câblage de la carte de circuit imprimé se fait par des trous de passage. 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 introduit lui - même une capacité de 2 à 6 PF. Les connecteurs de la carte ont une inductance répartie de 520 NH. La prise de circuit intégré à 24 broches en ligne double introduit une inductance distribuée de 4 - 18nh.

Exigences générales à suivre pour éviter l'influence des paramètres de distribution de câblage PCB:

1) augmenter l'espacement des traces pour réduire la diaphonie du couplage capacitif.

2) dans le câblage à double panneau, les fils des deux côtés doivent être verticaux, inclinés ou incurvés pour éviter d'être parallèles entre eux afin de réduire les couplages parasites; L'utilisation de fils imprimés comme entrée et sortie du circuit doit être évitée autant que possible. Pour éviter la rétroaction, il est préférable d'ajouter un fil de terre entre ces fils.

3) éloigner les lignes sensibles à haute fréquence des lignes électriques à fort bruit pour réduire le couplage mutuel; Les traces de circuit numérique haute fréquence devraient être plus minces et plus courtes.

4) Élargissez le cordon d'alimentation et le fil de terre pour réduire l'impédance du cordon d'alimentation et du fil de terre.

5) essayez d'utiliser une ligne de pliage de 45 ° au lieu de 90 ° pour réduire l'émission externe et le couplage des signaux à haute fréquence.

6) La longueur de la ligne d'adresse ou de la ligne de données ne doit pas être trop différente, sinon la partie de la ligne courte devra être pliée artificiellement pour compenser.

7) Notez l'isolation entre les signaux de courant élevé, Signaux de haute tension et petits signaux (la distance d'isolement est liée à la tension tolérée à supporter. Normalement, à 2 kV, la distance entre les plaques est de 2 mm et le rapport est calculé à partir de ce rapport. Par exemple, pour résister à un test de tension tolérée de 3 KV, la distance entre les lignes de haute tension et les lignes de basse tension doit être supérieure à 3,5 mm. Dans de nombreux cas, les lignes haute et basse tension sur la carte de circuit imprimé doivent être ouvertes afin d'éviter l'escalade. Rainures).

3 conception de circuits en PCB

Lors de la conception d'un circuit électronique, on tient davantage compte des performances réelles du produit que des caractéristiques de compatibilité électromagnétique du produit et des caractéristiques de suppression des interférences électromagnétiques et d'anti - interférence électromagnétique. Lors de l'utilisation d'un schéma de circuit pour la mise en page de PCB, les mesures nécessaires doivent être prises pour atteindre le but de la compatibilité électromagnétique, c'est - à - dire ajouter les circuits supplémentaires nécessaires sur la base du schéma de circuit pour améliorer les performances de compatibilité électromagnétique de leurs produits. Les mesures de circuit suivantes peuvent être utilisées pour la conception réelle de PCB:

1) Les résistances peuvent être connectées en série sur la piste PCB pour réduire le taux de conversion du bord inférieur de la ligne de signal de commande.

2) essayer de fournir une certaine forme d'amortissement (condensateurs haute fréquence, diodes inverses, etc.) pour les relais, etc.

3) filtrer le signal entrant dans la plaque d'impression et filtrer le signal d'une zone à fort bruit à une zone à faible bruit. Dans le même temps, une série de résistances terminales est utilisée pour réduire la réflexion du signal.

4) l'extrémité inutile du MCU doit être connectée à l'alimentation ou à la Terre par une résistance adaptée correspondante, ou définie comme une sortie. Les bornes du circuit intégré qui doivent être connectées à l'alimentation et à la masse doivent être connectées et ne doivent pas rester flottantes.

5) ne quittez pas la borne d'entrée du circuit de grille inutilisé, mais connectez - vous à l'alimentation ou à la masse par l'intermédiaire d'une résistance adaptée correspondante. L'entrée positive de l'amplificateur opérationnel inutilisé est reliée à la masse et l'entrée négative est reliée à la sortie.

6) Mettre en place un condensateur de découplage haute fréquence pour chaque circuit intégré. Un petit condensateur de dérivation haute fréquence doit être ajouté à chaque condensateur électrolytique.

7) utilisez un condensateur au tantale de grande capacité ou un condensateur en polyester au lieu d'un condensateur électrolytique comme condensateur de stockage d'énergie chargé et déchargé sur la carte. Lorsque vous utilisez un condensateur tubulaire, le boîtier doit être mis à la masse.

4 Conclusion

Avec le développement croissant de la science et de la technologie, la miniaturisation et l'intelligence de divers appareils électroniques sont devenues la tendance dominante. Dans le même temps, l'environnement d'exploitation d'un produit ou d'un appareil électronique deviendra de plus en plus complexe. Les technologies anti - brouillage et les technologies compatibles électromagnétiques doivent également évoluer et mûrir en permanence. Les concepteurs de PCB et les fabricants de cartes doivent accorder suffisamment d'attention à l'application pratique.