Progettazione PCB - Analisi e contromisure dell'interferenza PCB ad alta frequenza

Nella progettazione di schede PCB, con il rapido aumento della frequenza, appariranno molte interferenze diverse dalla progettazione di schede PCB a bassa frequenza. Quattro aspetti: interferenza, accoppiamento e interferenza elettromagnetica (EMI). Attraverso l'analisi di vari problemi di interferenza del PCB ad alta frequenza, combinato con la pratica nel lavoro, viene proposta una soluzione efficace.

1. Rumore dell'alimentazione elettrica

Nel circuito ad alta frequenza, il rumore dell'alimentatore ha un'influenza particolarmente evidente sul segnale ad alta frequenza. Pertanto, il primo requisito è che l'alimentazione elettrica sia a basso rumore. Qui, un terreno pulito è importante quanto una fonte di energia pulita. Perché? Ovviamente l'alimentatore ha una certa impedenza, e l'impedenza è distribuita sull'intero alimentatore, quindi anche il rumore sarà sovrapposto all'alimentatore. Quindi dovremmo ridurre l'impedenza dell'alimentazione elettrica il più possibile, quindi è meglio avere uno strato di potenza dedicato e uno strato di terra. Nella progettazione di circuiti ad alta frequenza, l'alimentazione elettrica è progettata sotto forma di strati e nella maggior parte dei casi è molto meglio del design sotto forma di bus, in modo che il ciclo possa sempre seguire il percorso con la minore impedenza. Inoltre, la scheda di alimentazione deve fornire un loop di segnale per tutti i segnali generati e ricevuti sul PCB, in modo che il loop di segnale possa essere minimizzato, riducendo così il rumore, che è spesso trascurato dai progettisti di circuiti a bassa frequenza.

Ci sono diversi modi per eliminare il rumore dell'alimentazione elettrica nella progettazione PCB:

1. Prestare attenzione ai fori passanti sulla scheda: i fori passanti rendono lo strato di potere necessario per incidere le aperture per lasciare spazio per i fori passanti per passare attraverso. E se l'apertura dello strato di potenza è troppo grande, influenzerà inevitabilmente il loop del segnale, il segnale sarà costretto a bypassare, l'area del loop aumenterà e il rumore aumenterà. Allo stesso tempo, se alcune linee di segnale sono concentrate vicino all'apertura e condividono questo loop, l'impedenza comune causerà crosstalk.

2. I cavi di collegamento hanno bisogno di abbastanza fili di terra: ogni segnale deve avere il proprio loop di segnale proprietario e l'area del loop del segnale e del loop dovrebbe essere il più piccolo possibile, vale a dire, il segnale e il loop dovrebbero essere paralleli.

3. l'alimentazione di alimentazione analogica e digitale dovrebbe essere separata: i dispositivi ad alta frequenza sono generalmente molto sensibili al rumore digitale, quindi i due dovrebbero essere separati e collegati insieme all'ingresso dell'alimentazione elettrica. Se il segnale deve attraversare le parti analogiche e digitali, può essere posizionato un loop all'incrocio per ridurre l'area del loop, che viene utilizzato per l'incrocio tra i segnali digitali e analogici del loop di segnale.

4. Evitare la sovrapposizione di alimentatori separati tra diversi strati: altrimenti il rumore del circuito è facilmente accoppiato tramite capacità parassitaria.

5. Isolare componenti sensibili: come PLL.

6. Posizionare la linea di alimentazione: Al fine di ridurre il ciclo di segnale, ridurre il rumore posizionando la linea di alimentazione sul bordo della linea di segnale.

In secondo luogo, la linea di trasmissione

Ci sono solo due tipi di linee di trasmissione possibili in PCB: linea a striscia e linea a microonde. Il problema più grande della linea di trasmissione è la riflessione. La riflessione causerà molti problemi. Ad esempio, il segnale di carico sarà la sovrapposizione del segnale originale e del segnale di eco, che aumenta la difficoltà di analisi del segnale; La riflessione causerà la perdita di ritorno (perdita di ritorno), e il suo impatto sul segnale è grave quanto l'impatto dell'interferenza acustica additiva:

1. il segnale riflesso alla sorgente del segnale aumenterà il rumore del sistema, rendendo più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale;

2. Qualsiasi segnale riflesso fondamentalmente degrada la qualità del segnale e cambia la forma del segnale in ingresso. In linea di principio, la soluzione è principalmente la corrispondenza dell'impedenza (ad esempio, l'impedenza di interconnessione dovrebbe corrispondere molto bene all'impedenza del sistema), ma a volte il calcolo dell'impedenza è più problematico, si può fare riferimento ad alcuni software di calcolo dell'impedenza della linea di trasmissione.

Il metodo per eliminare l'interferenza della linea di trasmissione nella progettazione PCB è il seguente:

1. Evitare discontinuità di impedenza della linea di trasmissione. Il punto in cui l'impedenza è discontinua è il punto in cui la linea di trasmissione presenta cambiamenti bruschi, come angoli dritti, vias, ecc., che dovrebbero essere evitati il più possibile. I metodi sono: evitare angoli dritti della traccia, cercare di andare il più lontano possibile a 45° o archi, e anche grandi curve sono accettabili; Utilizzare meno vie possibili, perché ogni via è un punto di discontinuità di impedenza, e il segnale dello strato esterno evita di passare attraverso lo strato interno, e viceversa.

2. Non usare stubs. Perché ogni stub è una fonte di rumore. Se la linea è corta, può essere terminata alla fine della linea di trasmissione; Se la linea di stub è lunga, la linea di trasmissione principale sarà utilizzata come fonte, il che causerà grandi riflessi e complicherà il problema, quindi non è consigliabile utilizzarlo.

Ci sono diversi modi per eliminare il crosstalk nella progettazione PCB:

1. Entrambi i tipi di crosstalk aumentano con l'aumento dell'impedenza di carico, quindi le linee di segnale sensibili alle interferenze causate da crosstalk dovrebbero essere terminate correttamente.

2. Aumentare la distanza tra le linee di segnale il più possibile per ridurre efficacemente il crosstalk capacitivo. Eseguire la gestione dello strato di terra, lo spazio tra il cablaggio (ad esempio, isolare le linee di segnale attive e le linee di terra, in particolare tra le linee di segnale che hanno stati di transizione e terra) e ridurre l'induttanza del piombo.

3. L'inserimento di un cavo di terra tra i cavi di segnale adiacenti può anche efficacemente ridurre la crosstalk capacitiva. Questo cavo di massa deve essere collegato alla terra ogni 1/4 lunghezza d'onda.

4. Per il crosstalk induttivo, l'area del loop dovrebbe essere ridotta il più possibile e, se consentito, questo loop dovrebbe essere eliminato. Baineng.com è una filiale del gruppo Qinji ed è una piattaforma di servizi per l'industria elettronica nazionale leader. Fornisce componenti online, approvvigionamento di sensori, personalizzazione PCB, distribuzione BOM, selezione dei materiali e altre soluzioni complete della catena di fornitura dell'industria elettronica, one-stop per soddisfare l'industria elettronica Le esigenze generali dei clienti di piccole e medie dimensioni nel settore.

5. Evitare loop di condivisione del segnale.

6. messa a fuoco sull'integrità del segnale: Il progettista deve implementare la terminazione durante il processo di saldatura per risolvere l'integrità del segnale. I progettisti che adottano questo metodo possono concentrarsi sulla lunghezza del microstrip del foglio di rame schermante per ottenere buone prestazioni di integrità del segnale. Per i sistemi che utilizzano connettori densi nella struttura di comunicazione, il progettista può utilizzare un PCB per la terminazione.

Quattro, interferenza elettromagnetica

Con l'aumentare della velocità, l'IME diventerà sempre più grave e si manifesterà in molti aspetti (come le interferenze elettromagnetiche all'interconnessione). I dispositivi ad alta velocità sono particolarmente sensibili a questo problema. Pertanto, riceveranno segnali falsi ad alta velocità, mentre a bassa velocità Il dispositivo ignorerà tali segnali falsi.

Ci sono diversi modi per eliminare le interferenze elettromagnetiche nella progettazione PCB:

1. Ridurre i loop: Ogni loop è equivalente a un'antenna, quindi abbiamo bisogno di ridurre al minimo il numero di loop, l'area del loop e l'effetto antenna del loop. Assicurarsi che il segnale abbia un solo percorso di loop in due punti, evitare loop artificiali e cercare di utilizzare il livello di potenza.

2. Filtrazione: Il filtraggio può essere utilizzato per ridurre EMI sia sulla linea di alimentazione che sulla linea di segnale. Esistono tre metodi: condensatori di disaccoppiamento, filtri EMI e componenti magnetici.

3. Scudo e minimizza la velocità dei dispositivi ad alta frequenza.

4. l'aumento della costante dielettrica della scheda PCB può impedire alle parti ad alta frequenza come la linea di trasmissione vicina alla scheda di irradiarsi verso l'esterno; Aumentando lo spessore della scheda PCB e minimizzando lo spessore della linea microstrip può impedire il filo elettromagnetico di traboccare e anche prevenire le radiazioni.

A questo punto della discussione, possiamo concludere che nella progettazione di PCB ad alta frequenza, dovremmo seguire i seguenti principi:

1. L'unità e la stabilità dell'alimentazione elettrica e della terra.

2. Cablaggio attento e terminazione corretta possono eliminare i riflessi.

3. Il cablaggio attento e la terminazione corretta possono ridurre il crosstalk capacitivo e induttivo.

4. È necessario sopprimere il rumore per soddisfare i requisiti EMC.