Technologie PCB - Suppression des sources d'interférences électromagnétiques dans l'électronique

Les interférences électromagnétiques sont largement présentes dans tous les types d'appareils électroniques et électriques, et divers appareils électroniques et électriques émettent plus ou moins d'ondes électromagnétiques lorsqu'ils fonctionnent, provoquant des interférences avec le fonctionnement normal de l'ensemble de l'appareil. Dans la conception des produits électroniques, certains produits électro - électroniques ne sont pas conformes car la compatibilité électromagnétique n'est pas suffisamment prise en compte. Par conséquent, l'auteur résume quelques questions à noter.

Connexion à la terre

Les circuits analogiques et numériques ont des chemins d'alimentation et de mise à la terre indépendants. Essayez d'élargir autant que possible les lignes d'alimentation et de terre des deux parties du circuit, ou utilisez des couches d'alimentation et de terre séparées pour réduire l'impédance des boucles d'alimentation et de terre et réduire toute tension perturbatrice possible dans les circuits d'alimentation et de terre.

La mise à la terre analogique et la mise à la terre numérique d'un PCB fonctionnant séparément peuvent être connectées en un seul point près du point de mise à la terre du système. Si les tensions d'alimentation sont identiques, les alimentations du circuit analogique et du circuit numérique sont connectées en un seul point de l'entrée d'alimentation. Si la tension d'alimentation n'est pas cohérente, les deux Alimentations sont plus proches. Placez un condensateur - 1ï½ 2 isla¼ f qui fournit un chemin pour le courant de retour du signal entre les deux sources.

La ligne de masse idéale est une entité physique d'impédance nulle, de potentiel nul. Non seulement c'est un point de référence pour le signal, mais il ne crée pas de chute de tension lorsque le courant circule. Cette ligne de terre idéale n'existe pas dans l'électronique électrique réelle, et une chute de tension se produit inévitablement lorsque le courant circule à travers la ligne de terre. En conséquence, le mécanisme de formation des interférences dans la ligne de terre peut être réduit aux deux points suivants. Tout d'abord, réduisez la basse impédance et l'impédance d'alimentation. Deuxièmement, choisissez correctement la méthode de mise à la terre et bloquez la boucle de mise à la terre. Selon la méthode de mise à la terre, il est divisé en terre flottante, mise à la terre à point unique, mise à la terre multipoint et mise à la terre hybride. Si l'interférence de la ligne sensible provient principalement de l'espace extérieur ou de l'enceinte du système, le flottant peut être utilisé pour résoudre ce problème. Cependant, les équipements flottants au sol sont sujets à l'accumulation d'électricité statique. Lorsque la charge atteint un certain niveau, une décharge électrostatique se produit, de sorte que le flottant ne convient pas pour une utilisation dans l'électronique en général.

Exigences de mise en page des composants PCB

L'agencement des composants du circuit et des voies du signal doit minimiser le couplage mutuel des signaux indésirables:

(1) Les canaux de signaux électroniques de bas niveau ne doivent pas être situés à proximité des canaux de signaux électroniques de haut niveau et des lignes d'alimentation non filtrées, y compris les circuits qui peuvent produire des processus transitoires.

(2) les circuits logiques à haute, moyenne et basse vitesse utilisent différentes zones sur le PCB.

(3) La longueur de la ligne de signal doit être minimisée lors de la disposition du circuit.

(4) 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 sur la même couche.

(5) Les filtres d'interférence électromagnétique (EMI) doivent être placés aussi près que possible de la source EMI et placés sur la même carte.

(6) 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.

(7) Placer le composant de régulation de tension et le condensateur de filtrage le plus près possible de la diode de redressement.

(8) la carte de circuit imprimé est divisée en fonction des caractéristiques de commutation de fréquence et de courant, et les composants bruyants et non bruyants doivent être plus éloignés l'un de l'autre.

(9) Le câblage sensible au bruit ne doit pas être connecté en parallèle avec des lignes de commutation haute vitesse à courant élevé.

Conception de plaques multicouches

Dans une conception à plusieurs couches, le plan d'alimentation doit être proche du plan de masse et disposé sous celui - ci. De cette manière, la capacité entre les deux plaques métalliques peut servir de condensateur lisse pour l'alimentation, le plan de masse masquant également les courants rayonnants répartis sur le plan d'alimentation; Pour créer une annulation de flux magnétique, la couche de câblage doit être disposée à proximité de tout le plan métallique. Les lignes d'impression de la couche intermédiaire forment un guide d'onde plan et les surfaces forment des lignes microruban. Les caractéristiques de transmission des deux sont différentes; Les circuits d'horloge et les circuits haute fréquence sont les principales sources d'interférences et de rayonnement. Ils doivent être disposés séparément et à distance des circuits sensibles; Toutes les cartes de circuits imprimés avec une certaine tension rayonnent de l'énergie électromagnétique dans l'espace. Pour réduire cet effet, la dimension physique de la plaque d'impression doit être inférieure de 20h à celle du plancher de masse le plus proche, où H est la surface des deux plaques d'impression. L'espacement. Typiquement de l'ordre de 3 mm selon une taille de plaque d'impression 20h généralement typique,

Afin d'éviter la diaphonie électromagnétique induite par une distance relativement faible entre les deux lignes d'impression, tout espacement des lignes doit rester au moins égal à 2 fois la largeur des lignes d'impression, c'est - à - dire au moins égal à 2 W, où W est la largeur des lignes d'impression.

Réglage du condensateur de découplage

Un bon condensateur de découplage haute fréquence peut éliminer les composantes haute fréquence jusqu'à 1 GHz. Les condensateurs à feuille de céramique ou les condensateurs en céramique multicouches ont de meilleures caractéristiques de haute fréquence. 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 du circuit intégré; D'autre part, il contourne le bruit à haute fréquence de l'appareil.

Suppression du couplage électromagnétique entre les lignes

Réduit la zone de boucle des sources d'interférences et des circuits sensibles. La meilleure façon de le faire est d'utiliser des paires Torsadées et des fils blindés, de sorte que le fil de signal et le fil de terre (ou circuit de charge) sont toronnés ensemble, de sorte que la distance entre le signal et le fil de terre (ou circuit de charge) est la plus courte possible; L'augmentation de la distance entre les lignes rend l'inductance mutuelle entre la source d'interférence et la ligne inductive aussi faible que possible; Si possible, les lignes source d'interférence et inductive sont câblées à angle droit (ou proche de l'angle droit), ce qui peut réduire considérablement les deux couplages entre les lignes;

Autres moyens de réduire le bruit et les perturbations électromagnétiques

(1) entourez la zone d'horloge avec le fil de terre et faites le fil d'horloge aussi court que possible.

(2) essayez de fournir une certaine forme d'amortissement pour les relais, etc.

(3) Utiliser une horloge de fréquence minimale conforme aux exigences du système.

(4) générateur d'horloge aussi près que possible de l'appareil qui utilise l'horloge. Le boîtier de l'oscillateur à quartz doit être mis à la terre.

(5) le circuit de commande d’e / s doit être placé le plus près possible du bord de la plaque imprimée et doit être éloigné de celle - ci dès que possible. Les signaux entrant dans la plaque d'impression doivent être filtrés, tout comme les signaux provenant de zones à fort bruit. Dans le même temps, une série de résistances terminales doit être utilisée pour réduire la réflexion du signal.

(6) les bornes d'entrée des circuits de grille inutilisés ne doivent pas rester flottantes. L'entrée positive d'un amplificateur opérationnel non utilisé doit être reliée à la masse et l'entrée négative à la sortie.

(7) Les plaques imprimées doivent utiliser autant que possible une ligne de pliage de 45 degrés au lieu d'une ligne de pliage de 90 degrés afin de réduire l'émission externe et le couplage des signaux à haute fréquence.

(8) Les signaux de sélection d'horloge, de bus et de puce doivent être éloignés des lignes d'E / s et des connecteurs.

(9) Les lignes d'entrée de tension analogique et les bornes de tension de référence doivent être situées aussi loin que possible des lignes de signal des circuits numériques, en particulier des horloges.

Pour les appareils A / D, la partie numérique et la partie analogique préfèrent être unifiées plutôt que croisées.

(10) ne pas câbler sous le cristal de quartz et sous les appareils sensibles au bruit.

Conclusion

Dans la conception de PCB, il est nécessaire de prendre en compte les effets de diverses interférences. La conception complète peut simuler efficacement les interférences électromagnétiques, raccourcir le cycle de conception du produit et améliorer la stabilité et la fiabilité du système.