Technologie PCB - Conception EMC dans les circuits PCB

Les taux de transmission des systèmes de conception et de câblage de circuits imprimés à grande vitesse s'accélèrent régulièrement, mais ils présentent également certaines vulnérabilités en matière de résistance aux interférences. C'est parce que plus la fréquence de transmission de l'information est élevée, plus la sensibilité des signaux est élevée et leur énergie est de plus en plus faible. À ce stade, le système de câblage est plus vulnérable aux interférences. Les perturbations sont partout. Les câbles et les appareils peuvent interférer avec d'autres composants ou être gravement perturbés par d'autres sources d'interférence telles que: les écrans d'ordinateur, les téléphones cellulaires, les moteurs électriques, les appareils de radiodiffusion, les câbles de transmission de données et d'alimentation, etc. en outre, les espions potentiels, la cybercriminalité, Les pirates informatiques sont de plus en plus nombreux, car leur interception de la transmission d'informations par câble utp peut causer d'énormes dommages et pertes.

Conception EMC dans les circuits PCB

Conception de mise à la terre:

Une fois qu'une décharge électrostatique se produit, elle doit être autorisée à contourner le sol le plus rapidement possible et à ne pas envahir directement le circuit interne. Par exemple, si le circuit interne est blindé par un châssis métallique, le châssis doit être bien mis à la terre et la résistance à la terre doit être aussi faible que possible, de sorte que le courant de décharge peut couler de la couche externe du châssis dans le sol, en même temps, Les perturbations causées par la décharge des objets environnants peuvent être dirigées vers le sol sans affecter les circuits internes. Pour les châssis métalliques, les circuits dans le châssis sont généralement mis à la masse par des câbles d'E / s, des lignes d'alimentation, etc. lorsqu'une décharge électrostatique se produit sur le châssis, le potentiel du châssis augmente et le circuit interne est mis à la masse, le potentiel restant proche du potentiel de masse. À ce stade, il existe une grande différence de potentiel entre le châssis et le circuit. Cela provoquera un arc secondaire entre le châssis et le circuit. Causer des dommages au circuit. En augmentant la distance entre le circuit et le boîtier, il est possible d'éviter l'apparition d'arcs secondaires. Lorsque la distance entre le circuit et le boîtier ne peut pas être augmentée, il est possible d'ajouter un volet métallique mis à la terre entre le boîtier et le circuit pour bloquer l'arc. Si le circuit est connecté au châssis, il ne peut être connecté que par un point. Empêcher le courant de circuler à travers le circuit. Le point de connexion de la carte au châssis doit être situé à l'entrée du câble. Pour les boîtiers en plastique, il n'y a pas de problème de mise à la terre du boîtier.

Conception du câble:

Un système de protection de câble bien conçu peut être la clé pour améliorer la vulnérabilité du système ESD. En tant que plus grande "antenne" de la plupart des systèmes, les câbles d'E / s sont particulièrement vulnérables aux fortes tensions ou courants causés par les interférences ESD. D'autre part, si le blindage du câble est connecté à la masse du châssis, le câble fournit également un chemin de faible impédance pour les interférences ESD. L'énergie d'interférence ESD peut être libérée de la boucle de masse du système par ce canal, ce qui permet d'éviter indirectement le couplage par conduction. Afin de réduire le couplage du câble par le rayonnement perturbateur ESD, la longueur de la ligne et la zone de boucle doivent être réduites, le couplage en mode commun supprimé et un blindage métallique doit être utilisé. Pour les câbles d'entrée / sortie, des câbles blindés, des selfs de mode commun, des circuits de clampage de surtension et des filtres de dérivation de câble peuvent être utilisés. Aux deux extrémités du câble, le blindage du câble doit être connecté au blindage du boîtier. L'installation d'une Self de mode commun sur le câble d'interconnexion permet de faire chuter la tension de mode commun induite par une décharge électrostatique sur la Self plutôt que sur le circuit à l'autre extrémité. Lorsque vous connectez deux armoires avec un câble blindé, connectez les deux armoires ensemble à travers le blindage du câble afin que la différence de potentiel entre les deux armoires soit aussi faible que possible. Ici, le chevauchement entre le châssis et le blindage du câble est très important. Il est fortement recommandé de passer à 360° entre le châssis et le blindage du câble aux deux extrémités du câble.

Clavier et panneaux:

Le clavier et le panneau de commande doivent être conçus de manière à ce que le courant de décharge puisse circuler directement dans le sol sans passer par des circuits sensibles. Pour les claviers isolés, un protecteur de décharge (par exemple, un support métallique) doit être installé entre les touches et le circuit pour fournir un chemin de décharge pour le courant de décharge. Le protecteur de décharge doit être connecté directement au châssis ou au rack et non à la masse du circuit. Bien sûr, l'utilisation d'un bouton plus grand (augmentant la distance entre l'opérateur et le câblage interne) empêche directement les décharges électrostatiques. Le clavier et le panneau de commande doivent être conçus pour permettre au courant de décharge d'atteindre directement le sol sans passer par des circuits sensibles. L'utilisation d'axes isolés et de gros boutons permet d'éviter la décharge des touches de commande ou des potentiomètres. De nos jours, de plus en plus de panneaux électroniques utilisent des boutons de film et des fenêtres d'affichage de film. Étant donné que ce film est fait d'un matériau isolant résistant à haute tension, il peut être efficace pour empêcher les interférences causées par l'entrée de l'ESD dans le circuit interne via les boutons et les fenêtres d'affichage. En outre, la plupart des touches de clavier ont maintenant un rembourrage fait d'un film isolant résistant à haute tension qui peut être efficacement protégé contre les interférences ESD.

Conception du circuit:

Les bornes d'entrée inutilisées de l'appareil ne sont pas autorisées à l'état déconnecté ou flottant, mais doivent être connectées à la terre ou à une borne d'alimentation, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une résistance appropriée. D'une manière générale, les circuits d'interface connectés à des dispositifs externes nécessitent l'ajout d'un circuit de protection comprenant également des lignes d'alimentation, ce qui est souvent négligé dans la conception du matériel. Dans l'exemple du micro - ordinateur, les liaisons à prendre en compte pour l'agencement du circuit de protection sont: interface de communication série, interface de communication parallèle, interface clavier, interface d'affichage, etc.

Un filtre (un condensateur parallèle ou une série d'inductances ou une combinaison des deux) doit être utilisé dans le circuit pour empêcher le couplage de l'EMI au dispositif. Un filtre capacitif parallèle est le plus efficace si l'entrée est à haute impédance, car sa faible impédance enroulera efficacement une impédance d'entrée trop élevée. Plus le condensateur parallèle est proche de l'entrée, mieux c'est. Une série de Ferrites peut fournir le meilleur filtre si l'impédance d'entrée est faible, et ces Ferrites doivent également être aussi proches que possible de l'entrée.

Renforcer les mesures de protection des circuits internes. Pour les ports susceptibles d'être perturbés par des décharges électrostatiques par conduction directe, il est possible de connecter des diodes résistives en série ou en parallèle aux bornes d'alimentation positive et négative de l'interface E / S. Le tube MOS a son entrée en série avec une résistance d'îlot 100k et sa sortie en parallèle avec une résistance d'îlot 1K pour limiter le courant de décharge. Le tube TTL a une entrée en série avec une résistance de 22 - 100 îlots et une sortie en série avec une résistance de 22 - 47 îlots. L'entrée du tube analogique est en série avec 100 îlots ½ 100k et une diode parallèle est ajoutée pour shunter le courant de décharge vers le pôle positif ou négatif de l'alimentation, la sortie du tube analogique est en série avec une résistance de 100 îlots. L'installation d'un condensateur à la masse sur la ligne de signal d'E / s permet de transférer le courant de décharge électrostatique induit sur le câble d'interface vers le châssis, évitant ainsi l'afflux dans le circuit. Mais ce condensateur Shunte également le courant sur le châssis vers la ligne de signal. Pour éviter cela, des billes magnétiques en Ferrite peuvent être installées entre le condensateur de dérivation et la carte pour augmenter l'impédance du chemin menant à la carte. Il est à noter que la résistance en tension du condensateur doit être conforme. La tension d'une décharge électrostatique peut atteindre plusieurs milliers de volts. L'utilisation d'une diode de protection transitoire permet également d'éviter efficacement les décharges électrostatiques, mais il est à noter que si la tension de perturbation transitoire est limitée par la diode, la composante de perturbation haute fréquence n'est pas diminuée. En général, un condensateur de dérivation haute fréquence doit être connecté en parallèle avec une diode de protection transitoire pour supprimer les interférences haute fréquence. En ce qui concerne la conception du circuit et le câblage de la carte, les circuits de grille et les impulsions de sélection doivent être utilisés. Cette méthode d'entrée ne peut causer des dommages que lorsque la décharge électrostatique et le stroboscope se produisent simultanément. La méthode d'entrée de déclenchement de bord d'impulsion est très sensible aux transitoires causés par des décharges électrostatiques et ne doit pas être utilisée.

Conception de PCB:

Une bonne conception de PCB peut réduire efficacement l'impact des interférences ESD sur le produit. C'est également une partie importante de la conception ESD dans la conception de la compatibilité électromagnétique. Vous pouvez obtenir des instructions détaillées de cette partie du cours. Lors de la mise en œuvre de contre - mesures de compatibilité électromagnétique sur des produits finis, il est difficile de redessiner les PCB (les améliorations sont trop coûteuses), donc je ne vais pas les présenter ici.