Technologie PCB - Du PCB au MCU, il vous donnera un aperçu de la façon de résister aux interférences

Principes de conception anti - interférence pour la cartographie de circuits imprimés

1. Disposition de la ligne de terre:

1). La mise à la terre numérique est séparée de la mise à la terre analogique.

2). Le fil de terre doit être aussi épais que possible afin de pouvoir passer 3 fois le courant autorisé sur la carte d'impression, généralement 2 ~ 3 mm.

3). Le fil de terre doit former un anneau autant que possible pour réduire la différence de potentiel du fil de terre.

2. Disposition du cordon d'alimentation:

1). Selon la taille du courant, essayez d'élargir le fil.

2). La direction des lignes d'alimentation et de terre doit correspondre à la direction de transmission des données.

3). L'entrée d'alimentation de la carte imprimée doit être connectée avec un condensateur de découplage de 10 ~ 100 ° f.

3. Configuration du condensateur de découplage:

1). Les conducteurs des condensateurs de découplage ne doivent pas être trop longs, en particulier les condensateurs de dérivation haute fréquence ne doivent pas avoir de conducteurs.

2). Connectez un condensateur électrolytique de 10 ~ 100 ° F à l'entrée d'alimentation de la carte d'impression, mieux si elle peut être supérieure à 100 ° f.

3). Connectez un condensateur en céramique de 0,01 ~ 0,1 ° f entre VCC et GNd de chaque puce intégrée. Si l'espace n'est pas autorisé, un condensateur au tantale de 1 ~ 10 ° F peut être configuré pour chaque 4 ~ 10 puces.

4). Les dispositifs avec une faible résistance au bruit et une grande variation du courant de blocage, ainsi que la rom et la RAM, devraient découpler indirectement les condensateurs entre VCC et GNd.

5). Faire correspondre un condensateur de découplage de 0,01 ° F sur la borne de Réinitialisation "Reset" du microcontrôleur.

4. Configuration de l'équipement:

1). Les entrées d'horloge du générateur d'horloge, de l'oscillateur à cristal et du CPU doivent être aussi proches et éloignées que possible des autres appareils basse fréquence.

2). Gardez les circuits à petit courant et les circuits à grand courant aussi éloignés que possible des circuits logiques.

3). La position et l'orientation de la plaque d'impression dans le châssis doivent être telles que l'équipement avec beaucoup de chaleur se trouve sur le dessus.

5. Ligne d'alimentation, ligne AC, ligne de signal séparés

Les lignes d'alimentation et les lignes AC doivent être placées sur une carte différente de la ligne de signal, dans la mesure du possible, sinon elles doivent être câblées séparément de la ligne de signal.

6. Autres principes:

1). Lors du câblage, la ligne d'adresse doit être aussi longue que possible et aussi courte que possible.

2). Ajouter une résistance de pull - up d'environ 10K sur le bus, favorisant l'anti - interférence.

3). Les lignes des deux côtés du PCB doivent être alignées aussi verticalement que possible pour éviter les interférences mutuelles.

4). La taille du condensateur de découplage est typiquement C = 1 / F et F est la fréquence de transmission des données.

5). Les broches inutilisées sont connectées à VCC par l'intermédiaire d'une résistance de pull - up (environ 10K) ou en parallèle avec les broches utilisées.

6). Les éléments générateurs de chaleur (tels que les résistances de forte puissance, etc.) doivent éviter les éléments sensibles à la température (tels que les condensateurs électrolytiques, etc.).

7). L'utilisation d'un décodage complet a des performances anti - interférence plus fortes que le décodage ligne.

Pour supprimer les interférences des dispositifs de forte puissance sur les circuits des composants numériques du microcontrôleur et les interférences des circuits numériques sur les circuits analogiques, il convient d'utiliser des boucles d'étranglement haute fréquence lorsqu'elles sont connectées numériquement et analogiquement à un point de masse commun. C'est un matériau magnétique cylindrique en ferrite. Il y a plusieurs trous dans la direction axiale. Un fil de cuivre plus épais est utilisé pour traverser ces trous et s'enrouler autour d'un ou deux tours. Un tel dispositif peut être considéré comme une impédance nulle du signal basse fréquence, L'interférence avec les signaux à haute fréquence peut être considérée comme une inductance.. (en raison de la grande résistance DC de l'inducteur, l'inducteur ne peut pas être utilisé comme une Self haute fréquence).

Lors de la connexion de lignes de signal autres que la carte de circuit imprimé, un câble blindé est généralement utilisé. Pour les signaux haute fréquence et les signaux numériques, les deux extrémités du câble blindé doivent être mises à la masse. Pour les câbles blindés de signaux analogiques basse fréquence, une extrémité doit être mise à la terre.

Les circuits qui sont très sensibles au bruit et aux interférences ou qui sont particulièrement bruyants à haute fréquence doivent être blindés à l'aide d'un couvercle métallique. L'effet de blindage du blindage ferromagnétique sur le bruit à haute fréquence de 500khz n'est pas évident, le blindage en cuivre mince est meilleur. Lorsque vous utilisez des vis pour fixer le blindage, faites attention à la corrosion causée par la différence de potentiel causée par le contact de différents matériaux.

7. Utiliser pleinement le condensateur de découplage

Le condensateur de découplage entre l'alimentation du circuit intégré et la masse a deux fonctions: d'une part le condensateur de stockage d'énergie du circuit intégré et d'autre part le bruit haute fréquence du dispositif de dérivation. La valeur typique d'un condensateur de découplage dans un circuit numérique est de 0,1 ° f. la valeur typique de l'inductance distribuée de ce condensateur est de 5 ° H. Le condensateur de découplage 0,1 ° F a une inductance répartie de 5 ° H et sa fréquence de résonance en parallèle est d'environ 7 MHz. C'est - à - dire qu'il a un meilleur effet de découplage sur les bruits inférieurs à 10 MHz et peu d'effet sur les bruits supérieurs à 40 MHz.

Les condensateurs à 1 ° F et 10 ° f avec une fréquence de résonance en parallèle supérieure à 20 MHz éliminent mieux le bruit à haute fréquence.

Un condensateur de charge et de décharge ou un condensateur de stockage d'énergie doit être ajouté pour 10 circuits intégrés, environ 10 f pouvant être choisis. Il est préférable de ne pas utiliser de condensateurs électrolytiques. Le condensateur électrolytique est enroulé avec deux couches minces. Cette structure enroulée se comporte comme une inductance aux hautes fréquences. Utilisez un condensateur au tantale ou un condensateur en polycarbonate.

Le choix du condensateur de découplage n'est pas critique, c = 1 / F soit 0,1°f pour 10 MHz et 0,01°f pour 100 MHz.

Lors du soudage, les broches du condensateur de découplage doivent être aussi courtes que possible. Les longues broches provoqueront l'auto - résonance du condensateur de découplage lui - même. Par example, la fréquence d'auto - résonance d'un condensateur en céramique de 1000 PF avec une longueur de broche de 6,3 mm est de l'ordre de 35 MHz, elle est de 32 MHz avec une longueur de broche de 12,6 mm.

8. Expérience dans la réduction du bruit et des perturbations électromagnétiques

Principe de conception anti - interférence de carte de circuit imprimé:

1). Une série de résistances peut être utilisée pour réduire le taux de saut des bords supérieur et inférieur du circuit de commande.

2). Essayez de faire le potentiel autour du circuit de signal d'horloge près de 0, entourez la zone d'horloge avec la ligne de masse, la ligne d'horloge doit être aussi courte que possible.

3). Une ligne d'horloge perpendiculaire à la ligne d'E / s a moins d'interférences qu'une ligne parallèle à la ligne d'E / S.

4). Le circuit d'entraînement d'E / s est placé le plus près possible du bord de la carte imprimée.

5). Ne quittez pas les bornes de sortie des circuits de grille inutilisés. L'entrée positive d'un amplificateur opérationnel non utilisé doit être reliée à la masse et l'entrée négative à la sortie.

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

7). Les broches des composants doivent être aussi courtes que possible.

8). Ne pas câbler sous un cristal de quartz ou sous des composants particulièrement sensibles au bruit.

9). Ne créez pas de boucle de courant autour des lignes de masse des circuits à signal faible et des circuits à basse fréquence.

10). Si nécessaire, ajoutez une Self haute fréquence en Ferrite au circuit pour séparer le signal, le bruit, l'alimentation et la terre.

Les porosités sur la carte de circuit imprimé conduisent à une capacité d'environ 0,6 PF; Le matériau d'encapsulation du circuit intégré lui - même produira une capacité distribuée de 2pf ~ 10pf; Le connecteur sur la carte présente une inductance répartie de 520 îlots H; La prise de circuit intégré à 24 broches à double rangée introduit une inductance répartie de 4 h à 18 h.

Conception anti - interférence de circuits numériques avec monopuce

Dans la conception des systèmes électroniques, afin d'éviter les virages et de gagner du temps, les exigences en matière d'anti - interférence doivent être pleinement prises en compte et respectées, et les mesures correctives anti - interférence doivent être évitées une fois la conception terminée. Il y a trois facteurs fondamentaux qui causent des perturbations:

1) une source d'interférence est un composant, un équipement ou un signal qui produit une interférence. En langage mathématique, il est décrit comme suit: du / DT, di / DT les endroits grands sont des sources d'interférence. Par exemple, la foudre, les relais, les Thyristors, les moteurs électriques, les horloges à haute fréquence, etc. peuvent tous devenir des sources de perturbation.

2) Les appareils sensibles sont des objets susceptibles d'être perturbés. Tels que: A / D, convertisseur D / a, monopuce, IC numérique, amplificateur de signal faible, etc.

3) la voie de propagation est la voie ou le support par lequel une perturbation se propage de la source de perturbation à l'équipement sensible. Les voies de propagation interférométriques typiques sont la conduction à travers les fils et le rayonnement de l'espace.

Le principe de base de la conception anti - interférence est de supprimer la source d'interférence, de couper le chemin de propagation de l'interférence et d'améliorer les performances anti - interférence des dispositifs sensibles. (similaire à la prévention des maladies infectieuses)

1. Supprimer les sources d'interférence

L'inhibition des sources d'interférence est réalisée afin de réduire autant que possible le du / DT et le di / DT des sources d'interférence. C'est la meilleure considération et le principe le plus important dans la conception anti - interférence, et a tendance à avoir un effet majeur. La réduction du / DT de la source d'interférence est principalement obtenue en mettant en parallèle des condensateurs aux deux extrémités de la source d'interférence. La réduction de di / DT de la source d'interférence est obtenue en mettant en série une inductance ou une résistance avec la boucle de la source d'interférence et en ajoutant une diode de roue libre.

Les mesures couramment utilisées pour supprimer les sources de perturbation sont les suivantes:

1) la ligne de pliage de 90 degrés doit être évitée lors du câblage afin de réduire l'émission de bruit à haute fréquence.

2) une diode de roue libre a été ajoutée à la bobine du relais pour éliminer les interférences anti - Emf générées lorsque la bobine est déconnectée. L'ajout d'une seule diode de roue libre retarde le temps d'ouverture du relais. Après avoir ajouté une Diode Zener, le relais peut fonctionner plus de fois par unité de temps.

3) Mettre en parallèle un circuit de suppression d'étincelles (généralement un circuit série RC avec une résistance généralement choisie entre quelques K et quelques dizaines de K et un condensateur de 0,01 µF) aux deux extrémités des contacts du relais pour réduire l'effet de l'étincelle électrique.

4) ajoutez un circuit de filtrage au moteur et faites attention aux condensateurs et aux conducteurs inductifs les plus courts possibles.

5) Chaque IC sur la carte devrait être connecté en parallèle avec un condensateur haute fréquence 0,01 ° f ½ 0,1 ° F pour réduire l'impact de l'IC sur l'alimentation. Faites attention au câblage des condensateurs haute fréquence. Le câblage doit être proche de la borne d'alimentation et aussi court que possible. Sinon, la résistance série équivalente du condensateur augmente, ce qui affecte l'effet de filtrage.

6) Les deux extrémités du Thyristor sont en parallèle avec le circuit de réjection RC pour réduire le bruit généré par le Thyristor (ce bruit peut endommager le thyristor). Selon le chemin de propagation de la perturbation, il peut être divisé en deux types de perturbation conductrice et de perturbation rayonnante.

Par interférence par conduction, on entend une interférence qui se propage par un fil à un appareil sensible. Les bandes de fréquences du bruit perturbateur haute fréquence et du signal utile sont différentes. La propagation du bruit perturbateur à haute fréquence peut être coupée en ajoutant un filtre sur la ligne électrique et parfois un couplage optique isolé peut être résolu. Le bruit de puissance est le plus nocif, il faut donc porter une attention particulière à sa manipulation. Par interférence radiative, on entend une interférence qui se propage à un appareil sensible par rayonnement spatial. La solution générale consiste à augmenter la distance entre la source d'interférence et l'appareil sensible, à les isoler avec une ligne de terre et à ajouter un blindage sur l'appareil sensible.

2. Les mesures communes pour couper le chemin de propagation des interférences sont les suivantes:

1) tenir pleinement compte de l'influence de l'alimentation sur le microcontrôleur. Si l'alimentation est bien faite, le problème d'anti - interférence de l'ensemble du circuit résoudra plus de la moitié. De nombreux monopuces sont très sensibles au bruit d'alimentation. Pour réduire l'interférence du bruit d'alimentation sur le monobloc, il est nécessaire d'ajouter un circuit de filtrage ou un régulateur de tension à l'alimentation du monobloc. Par exemple, les billes magnétiques et les condensateurs peuvent être utilisés pour former un circuit de filtre de forme. Bien entendu, lorsque les conditions ne sont pas élevées, on peut utiliser 100 résistances îlots à la place des billes magnétiques.

2) Si le port d'E / s de la machine à puce unique est utilisé pour contrôler des équipements bruyants tels que des moteurs, une isolation doit être ajoutée entre le port d'E / s et la source de bruit (ajout d'un circuit de filtre de mise en forme). Pour contrôler les dispositifs bruyants tels que les moteurs, une isolation doit être ajoutée entre le port d'E / s et la source de bruit (ajout d'un circuit de filtre de mise en forme).

(3) faites attention au câblage de l'oscillateur à cristal. L'oscillateur à cristal est placé le plus près possible des broches du microcontrôleur, la zone d'horloge est isolée par la ligne de masse et le boîtier de l'oscillateur à cristal est fixé à la masse. Cette mesure pourrait résoudre de nombreux problèmes difficiles.

4) divisez raisonnablement la carte de circuit imprimé, comme les signaux forts et faibles, les signaux numériques et analogiques. Essayez d'éloigner les sources d'interférence (p. ex., moteurs, relais) des éléments sensibles (p. ex., monopuces).

(5) séparez la zone numérique de la zone analogique avec le fil de terre, séparez la mise à la terre numérique de la mise à la terre analogique et enfin connectez - la à la mise à la terre de l'alimentation en un point. Le câblage des puces A / D et D / a repose également sur ce principe. Les fabricants tiennent compte de cette exigence lorsqu'ils attribuent des dispositions de broches de puce A / D et D / a.

(6) Les lignes de masse des machines à puce unique et des dispositifs haute puissance doivent être mises à la terre séparément pour réduire les interférences mutuelles. Placez l'appareil de forte puissance sur le bord de la carte autant que possible.

(7) l'utilisation de billes magnétiques, d'anneaux magnétiques, de filtres d'alimentation, de blindages et d'autres éléments anti - interférence dans des endroits clés tels que le port d'E / s MCU, le cordon d'alimentation, le cordon de connexion de la carte peut améliorer considérablement les performances anti - interférence du circuit.

3. Améliorer la performance anti - interférence des dispositifs sensibles

L'amélioration des performances anti - interférence d'un dispositif sensible est une méthode qui minimise la captation du bruit perturbateur du côté du dispositif sensible et qui permet de se remettre le plus rapidement possible d'une situation anormale.

Les mesures usuelles pour améliorer les performances anti - interférence des dispositifs sensibles sont les suivantes:

(1) Minimiser la zone de boucle lors du câblage pour réduire le bruit induit.

(2) lors du câblage, le cordon d'alimentation et le fil de terre doivent être aussi épais que possible. En plus de réduire la chute de pression, il est plus important de réduire le bruit de couplage.

(3) pour les ports d'E / s libres des machines à puce unique, ne flottez pas, mais vous devez être mis à la terre ou connecté à une source d'alimentation. Sans changer la logique du système, les bornes libres des autres ci sont mises à la masse ou connectées à une source d'alimentation.

(4) l'utilisation de imp809, imp706, imp813, x25043, x25045 et d'autres circuits de surveillance d'alimentation monopuce et de chien de garde peut grandement améliorer la performance anti - interférence de l'ensemble du circuit.

(5) sous réserve que la vitesse puisse répondre aux exigences, minimiser l'oscillateur à cristal de la machine à puce unique, en choisissant un circuit numérique à faible vitesse.

(6) Les dispositifs IC doivent être soudés directement sur la carte autant que possible et les prises IC doivent être moins utilisées.

Résumé de l'expérience

Aspects logiciels:

1. Il est utilisé pour effacer tout l'espace de code inutilisé à "0", car il est équivalent à NOP, qui peut être retourné lorsque le programme est en cours d'exécution;

2. Ajouter plusieurs NOP avant l'instruction de saut dans le même but que 1;

3. Quand il n'y a pas de chien de garde matériel, le logiciel peut simuler le chien de garde pour surveiller le fonctionnement du programme;

4. Lors du traitement des réglages ou des réglages des paramètres de l'équipement externe, afin d'éviter que l'équipement externe ne se trompe en raison d'interférences, les paramètres peuvent être retransmis périodiquement afin de restaurer l'équipement externe le plus rapidement possible;

5, anti - interférence de communication, peut augmenter le BIT de contrôle de données, peut employer 2 choix 3 ou 3 choix 5 Stratégie;

6. Quand il y a des lignes de communication, telles que I ^ 2c, tri - wire, etc., dans la pratique, nous avons constaté que le réglage habituel de la ligne de données, de la ligne Clk et de la ligne INH au niveau haut a un meilleur effet anti - brouillage que le réglage au niveau bas.

Aspects matériels:

1. Câblage du fil de terre et du cordon d'alimentation

2. Découplage des lignes;

3. Séparation du sol numérique du sol modulaire;

4. Chaque élément numérique nécessite 104 condensateurs entre la masse et l'alimentation;

5. Pour empêcher la diaphonie des ports d'E / s, les ports d'E / s peuvent être isolés par isolation de diode, isolation de circuit de grille, isolation de coupleur optoélectronique, isolation électromagnétique, etc.; 6. Dans les applications avec relais, en particulier les applications à courant élevé, afin d'éviter les interférences du circuit par les étincelles de contact de relais, il est possible de combiner un 104 et une diode entre les bobines de relais, un condensateur 472 indirect entre les contacts et le début normal, et cela fonctionne bien!

7. Bien sûr, la résistance aux interférences du panneau multicouche est certainement meilleure que celle du panneau unique, mais le coût est plusieurs fois supérieur.

8. Le choix d'un appareil avec une forte capacité anti - brouillage est plus efficace que toute autre méthode. Je pense que cela devrait être le point le plus important. Parce que les défauts intrinsèques des composants sont difficiles à compenser par des méthodes externes, mais ont tendance à être plus chers avec une forte capacité d'anti - interférence et moins chers avec une faible capacité d'anti - interférence, tout comme l'est de Taiwan est bon marché mais avec des performances réduites! Cela dépend principalement de votre application.

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 éléments du circuit et l'appareil. Avec le développement rapide de la technologie électrique, la densité du pgb est de plus en plus élevée. La qualité de la conception du PCB a une grande influence sur sa capacité à résister aux interférences. Donc, dans la conception de PCB. Les principes généraux de la conception de PCB doivent être respectés et les exigences de la conception anti - interférence doivent être satisfaites.