Technologie PCB - Comment améliorer la capacité anti - interférence et la CEM des PCB?

Aujourd'hui, dans le développement de l'électronique avec des processeurs, IPCB explique comment améliorer la résistance aux interférences et la compatibilité électromagnétique?

1. Les systèmes suivants doivent accorder une attention particulière à la résistance aux perturbations électromagnétiques:

(1) Système avec une fréquence d'horloge élevée et un cycle de bus rapide.

(2) Le système contient une puissance élevée, un circuit d'entraînement à courant élevé, tel qu'un relais de génération d'étincelles, un interrupteur à courant élevé, etc.

(3) Le système comprend un circuit de signal analogique faible et un circuit de conversion analogique - numérique élevé.

2. Pour améliorer la résistance du système aux interférences électromagnétiques, les mesures suivantes ont été prises:

(1) sélectionnez le microcontrôleur basse fréquence

Le choix d'un microcontrôleur avec une fréquence d'horloge externe inférieure peut réduire efficacement le bruit et améliorer la résistance aux interférences du système. Pour une onde carrée et une onde sinusoïdale de même fréquence, la composante haute fréquence de l'onde carrée est beaucoup plus grande que la composante haute fréquence de l'onde sinusoïdale. Bien que l'amplitude de la composante haute fréquence de l'onde carrée soit inférieure à celle de l'onde fondamentale, plus la fréquence est élevée, plus il est facile d'émettre et de devenir une source de bruit. Le bruit haute fréquence impactant généré par le microcontrôleur est environ trois fois plus élevé que la fréquence d'horloge.

(2) réduire la distorsion dans la transmission du signal

Le microcontrôleur utilise principalement la technologie CMOS haute vitesse. Le courant d'entrée statique à l'entrée du signal est de l'ordre de 1 ma, la capacité d'entrée est de l'ordre de 10 PF et l'impédance d'entrée est très élevée, en CMOS haute vitesse; la sortie du circuit présente une capacité de charge importante, c'est - à - dire une valeur de sortie importante. Si la sortie d'une porte est dirigée par une longue ligne vers une entrée à haute impédance d'entrée, le problème de réflexion est très grave, ce qui entraîne une distorsion du signal et augmente le bruit du système. Lorsque le tpdï¼ tr devient un problème de ligne de transmission. Nous devons tenir compte de la réflexion du signal, de l'adaptation d'impédance, etc.

Le temps de retard du signal sur la carte de circuit imprimé est lié à l'impédance caractéristique du fil, c'est - à - dire à la constante diélectrique du matériau de la carte de circuit imprimé. On peut considérer grossièrement que la vitesse de transmission d'un signal dans les fils d'une carte de circuit imprimé est d'environ 1 / 3 à 1 / 2 de la vitesse de la lumière. Dans un système constitué d'un microcontrôleur, le tr (temps de retard standard) du composant logiphone est compris entre 3 et 18 NS.

Sur une carte de circuit imprimé, le signal passe par une résistance de 7 W et un fil de 25 cm de long, avec un temps de retard en ligne d'environ 4 à 20 NS. En d'autres termes, plus le fil sur le circuit imprimé est court, mieux c'est, et sa longueur ne doit pas dépasser 25 cm. Le nombre de pores doit également être aussi faible que possible, pas plus de 2.

Lorsque le temps de montée du signal est plus rapide que le temps de retard du signal, il doit être traité selon l'électronique rapide. À ce stade, l'adaptation d'impédance de la ligne de transmission doit être considérée. Pour la transmission de signaux entre blocs intégrés sur une carte de circuit imprimé, il est nécessaire d'éviter le cas du tdï¼ Trd. Plus la carte de circuit imprimé est grande, plus le système est lent.

Les lois de la conception des circuits imprimés sont résumées et les conclusions suivantes sont tirées:

Lorsque le signal est transmis sur une plaque imprimée, le temps de retard ne doit pas être supérieur au temps de retard nominal de l'équipement utilisé.

(3) réduire les interférences croisées entre les lignes de signal

Le signal pas à pas de temps de montée tr du point a est transmis à la borne B par le fil AB. Le temps de retard du signal sur la ligne ab est TD. Au point d, un signal impulsionnel de page de largeur tr sera produit après le temps TD en raison de la transmission directe du signal sur Le point a, de la réflexion du signal après l'arrivée au point B et du retard sur la ligne AB. Au point C, du fait de la transmission et de la réflexion du signal sur ab, un signal impulsionnel positif de largeur double du temps de retard du signal sur la ligne ab sera induit, soit un signal impulsionnel positif 2td. C'est une interférence croisée entre les signaux. L'intensité du signal perturbateur est liée à di / at du signal du point C et à la distance entre les lignes. Lorsque les deux lignes de signal ne sont pas très longues, on voit en fait sur Ab une superposition de deux impulsions.

Les microcontrôleurs fabriqués avec la technologie CMOS ont une impédance d'entrée élevée, un bruit élevé et une tolérance au bruit élevée. Le bruit de 100 à 200 MV est superposé au circuit numérique, sans affecter son fonctionnement. Si le premier examen simulé est un signal ab, l'interférence devient intolérable. Si la carte de circuit imprimé est un panneau à quatre couches, dont l'une est une grande surface de terre, ou un panneau double face, et que l'autre côté de la ligne de signal est une grande surface de terre, les interférences croisées entre les signaux sont réduites.

La raison en est que l'impédance caractéristique de la ligne de signal est fortement réduite et que la réflexion du signal à l'extrémité D est fortement réduite. L'impédance caractéristique est inversement proportionnelle au carré de la constante diélectrique entre la ligne de signal et la masse et directement proportionnelle au logarithme naturel de l'épaisseur diélectrique. Si le premier examen simulé est ab, l'interférence du CD avec ab sera évitée. Il y a une grande zone sous la ligne AB. La distance de la ligne AB à la ligne CD est supérieure à la distance de la ligne AB à la terre. La mise à la terre blindée locale peut être adoptée, les fils de mise à la terre peuvent être disposés sur les côtés gauche et droit des fils avec un côté du connecteur de fil.

(4) réduire le bruit de puissance

L'alimentation fournit non seulement de l'énergie au système, mais elle ajoute également du bruit à l'alimentation. Les lignes de commande telles que les lignes de Réinitialisation, les lignes de coupure, etc., du microcontrôleur dans le circuit sont susceptibles d'être perturbées par des bruits extérieurs. De fortes perturbations sur le réseau électrique entrent dans le circuit par l'intermédiaire de l'alimentation électrique. Même dans les systèmes alimentés par batterie, la batterie elle - même produit un bruit à haute fréquence. Les signaux analogiques dans les circuits analogiques ne peuvent pas résister aux interférences de l'alimentation.

(5) faites attention aux caractéristiques à haute fréquence des PCB et des composants

Dans le cas des hautes fréquences, la répartition des conducteurs, des Vias, des résistances, des condensateurs, des connecteurs, des inductances et des capacités sur la carte de circuit imprimé ne peut être négligée. L'inductance de distribution de la capacité n'est pas négligeable, de même que la capacité de distribution de l'inductance. Lorsque la longueur du fil est supérieure à 1 / 20 de la longueur d'onde correspondante de la fréquence du bruit, un effet d'antenne se produit et le bruit est émis à travers le fil.

(6) la disposition des composants doit être raisonnablement divisée

Lorsque les éléments sont disposés sur une carte de circuit imprimé, le problème de la résistance aux interférences électromagnétiques doit être pleinement pris en compte. L'un des principes est que les conducteurs entre les composants doivent être aussi courts que possible.

(7) bonne utilisation du condensateur de découplage

Un bon condensateur de découplage haute fréquence peut éliminer les composantes haute fréquence jusqu'à 1 GHz. Les caractéristiques haute fréquence des condensateurs à feuille de céramique ou des condensateurs céramiques multicouches sont meilleures. Lors de la conception d'une carte de circuit imprimé, un condensateur de découplage doit être ajouté entre l'alimentation et la masse de chaque circuit intégré. Le condensateur de découplage a deux fonctions: d'une part, il s'agit d'un condensateur de stockage d'énergie du circuit intégré qui fournit et absorbe l'énergie de charge et de décharge aux instants d'ouverture et de fermeture de la porte du circuit intégré; D'autre part, il contourne le bruit à haute fréquence de l'appareil. Dans un circuit numérique, une capacité de découplage typique de 0,1 µF a une inductance répartie de 5 NH et sa fréquence de résonance en parallèle est de l'ordre de 7 MHz, ce qui signifie qu'elle a un bon effet de découplage sur les bruits inférieurs à 10 MHz et peu d'effet sur les bruits supérieurs à 40 MHz.