Progettazione PCB - EMI, EMC, SI, PI e altri fattori nella progettazione PCB

Necessità di prestare attenzione a EMI, EMC, SI, PI e altri fattori nella progettazione PCB. La progettazione del circuito stampato PCB dovrebbe considerare pienamente e soddisfare i requisiti di anti-interferenza. Ci sono tre elementi fondamentali di interferenza:

(1) La sorgente di interferenza si riferisce al componente, all'apparecchiatura o al segnale che produce interferenze. È descritto in linguaggio matematico come segue: du/dt, il luogo in cui di/dt è grande è la fonte di interferenza. Ad esempio, fulmini, relè, tiristori, motori, orologi ad alta frequenza, ecc. possono diventare fonti di interferenza.

(2) Percorso di propagazione si riferisce al percorso o mezzo attraverso il quale l'interferenza si propaga dalla sorgente di interferenza al dispositivo sensibile. Il tipico percorso di propagazione delle interferenze è la conduzione attraverso fili e radiazioni dallo spazio.

(3) I dispositivi sensibili si riferiscono a oggetti facilmente disturbati. Come: A/D, convertitore D/A, microcomputer singolo chip, IC digitale, amplificatore di segnale debole, ecc.

Il principio di base della progettazione anti-interferenza è: sopprimere la sorgente di interferenza, tagliare il percorso di propagazione delle interferenze e migliorare le prestazioni anti-interferenza dei dispositivi sensibili. (Simile alla prevenzione delle malattie infettive)

1 Sopprimere la sorgente di interferenza - per sopprimere la sorgente di interferenza è ridurre il più possibile il du/dt, di/dt della sorgente di interferenza. Questo è il principio più prioritario e più importante nel design anti-jamming e spesso ha l'effetto di ottenere il doppio del risultato con metà dello sforzo. La riduzione del du/dt della sorgente di interferenza si ottiene principalmente collegando condensatori in parallelo ad entrambe le estremità della sorgente di interferenza. La riduzione del di/dt della sorgente di interferenza si ottiene collegando l'induttanza o la resistenza in serie con il loop della sorgente di interferenza e aggiungendo un diodo a ruota libera. Le misure comuni per sopprimere le fonti di interferenza sono le seguenti:

(1) La bobina del relè aggiunge un diodo a ruota libera per eliminare l'interferenza della forza elettromotrice posteriore generata quando la bobina è scollegata. Solo l'aggiunta di un diodo a ruota libera ritarderà il tempo di spegnimento del relè. Dopo aver aggiunto un diodo Zener, il relè può funzionare più volte per unità di tempo.

(2) Collegare un circuito di soppressione della scintilla in parallelo ad entrambe le estremità del contatto del relè (solitamente un circuito di serie RC, la resistenza è generalmente selezionata da pochi K a decine di K e la capacità è 0.01uF) per ridurre l'impatto delle scintille elettriche.

(3) Aggiungere un circuito filtrante al motore e notare che i cavi del condensatore e dell'induttanza dovrebbero essere il più brevi possibile.

(4) Ogni IC sul circuito stampato dovrebbe essere collegato con un condensatore ad alta frequenza 0.01μF～0.1μF in parallelo per ridurre l'impatto del IC sull'alimentazione elettrica. Si noti che il cablaggio dei condensatori ad alta frequenza dovrebbe essere vicino al terminale di alimentazione e il più breve possibile. Altrimenti, la resistenza di serie equivalente del condensatore sarà aumentata e l'effetto filtrante sarà influenzato.

(5) Evitare le linee pieghevoli a 90 gradi durante il cablaggio per ridurre l'emissione di rumore ad alta frequenza.

(6) Entrambe le estremità del tiristor sono collegate in parallelo con un circuito di soppressione RC per ridurre il rumore generato dal tiristor (questo rumore può rompere il tiristor). Secondo il percorso di propagazione dell'interferenza, può essere diviso in due tipi: interferenza condotta e interferenza irradiata. La cosiddetta interferenza condotta si riferisce all'interferenza che si propaga ai dispositivi sensibili attraverso cavi. Le bande di frequenza del rumore di interferenza ad alta frequenza e dei segnali utili sono diversi. È possibile interrompere la propagazione del rumore di interferenza ad alta frequenza aggiungendo un filtro sul filo, e a volte è possibile aggiungere un optocoppiatore di isolamento per risolverlo. Il rumore di alimentazione è il più dannoso, quindi prestare particolare attenzione alla manipolazione. La cosiddetta interferenza irradiata si riferisce all'interferenza che si propaga ai dispositivi sensibili attraverso la radiazione spaziale. La soluzione generale è aumentare la distanza tra la sorgente di interferenza e il dispositivo sensibile, isolarli con un filo di terra e aggiungere uno scudo sul dispositivo sensibile.

2 Le misure comuni per tagliare il percorso di propagazione delle interferenze sono le seguenti:

(1) Considerare pienamente l'impatto dell'alimentazione elettrica sul microcontrollore. Se l'alimentazione elettrica è fatta bene, l'anti-interferenza di tutto il circuito sarà risolta più della metà. Molti computer a singolo chip sono molto sensibili al rumore dell'alimentazione elettrica, quindi è necessario aggiungere un circuito filtrante o un regolatore di tensione all'alimentazione del microcomputer a singolo chip per ridurre l'interferenza del rumore dell'alimentazione elettrica al microcomputer a singolo chip. Ad esempio, perline magnetiche e condensatori possono essere utilizzati per formare un circuito filtrante a forma di π. Naturalmente, le resistenze 100Ω possono essere utilizzate al posto delle perle magnetiche quando le condizioni non sono elevate.

(2) Se la porta I/O del microcomputer a chip singolo viene utilizzata per controllare i dispositivi acustici come i motori, l'isolamento deve essere aggiunto tra la porta I/O e la sorgente di rumore (aggiungere un circuito filtrante a forma di π). Per controllare i dispositivi acustici come i motori, l'isolamento deve essere aggiunto tra la porta I/O e la sorgente di rumore (aggiungere un circuito filtrante a forma di π).

(3) Prestare attenzione al cablaggio dell'oscillatore di cristallo. L'oscillatore di cristallo è il più vicino possibile ai perni del microcontrollore, l'area dell'orologio è isolata con un filo di terra e il guscio dell'oscillatore di cristallo è messo a terra e fissato. Questa misura può risolvere molti problemi difficili.

(4) divisione ragionevole del circuito stampato, quali segnali forti e deboli, segnali digitali e analogici. Tenere il più possibile le fonti di interferenza (come motori, relè) lontane da componenti sensibili (come microcontrollori).

(5) Separare l'area digitale dall'area analogica con un cavo di terra, separare la terra digitale dalla terra analogica e infine collegarla alla terra di alimentazione in un punto. Anche il cablaggio dei chip A/D e D/A si basa su questo principio e i produttori hanno preso in considerazione questo requisito quando assegnano le disposizioni dei pin A/D e D/A dei chip.

(6) I fili di terra del microcomputer a chip singolo e dei dispositivi ad alta potenza dovrebbero essere messi a terra separatamente per ridurre l'interferenza reciproca. Posizionare i dispositivi ad alta potenza sul bordo del circuito stampato il più possibile.

(7) L'uso di componenti anti-interferenza quali perline magnetiche, anelli magnetici, filtri di alimentazione e scudi in luoghi chiave come la porta I/O MCU, il cavo di alimentazione e la linea di collegamento del circuito può migliorare significativamente le prestazioni anti-interferenza del circuito.

3 Migliorare le prestazioni anti-interferenza dei dispositivi sensibili Il miglioramento delle prestazioni anti-interferenza dei dispositivi sensibili si riferisce al metodo per ridurre al minimo il rilevamento del rumore di interferenza dal lato sensibile del dispositivo e recuperare da condizioni anomale il prima possibile. Le misure comuni per migliorare le prestazioni anti-interferenza dei dispositivi sensibili sono le seguenti:

(1) Minimizzare l'area del loop del ciclo durante il cablaggio per ridurre il rumore indotto.

(2) Durante il cablaggio, il cavo di alimentazione e il cavo di massa dovrebbero essere il più spesso possibile. Oltre a ridurre la caduta di tensione, è più importante ridurre il rumore di accoppiamento.

(3) Per le porte I/O inattive del microcomputer a chip singolo, non galleggiano, ma dovrebbero essere messe a terra o collegate all'alimentazione elettrica. I terminali inattivi di altri IC sono messi a terra o collegati all'alimentazione senza modificare la logica del sistema.

(4) L'uso dei circuiti di monitoraggio dell'alimentazione elettrica e watchdog per i microcomputer a chip singolo, quali IMP809, IMP706, IMP813, X25043, X25045, ecc., può notevolmente migliorare le prestazioni anti-interferenza dell'intero circuito.

(5) Sulla premessa che la velocità può soddisfare i requisiti, cercare di ridurre l'oscillatore di cristallo del microcomputer a chip singolo e selezionare i circuiti digitali a bassa velocità.

(6) i dispositivi IC dovrebbero essere saldati direttamente sul circuito stampato il più possibile e le prese IC dovrebbero essere utilizzate meno.

Software PCB:

1. abituarsi a cancellare tutti gli spazi di codice inutilizzati a "0", perché questo è equivalente a NOP, che può essere restituito quando il programma corre via;

2. Aggiungere alcuni NOP prima dell'istruzione di salto, lo scopo è lo stesso di 1. 3. Quando non c'è hardware WatchDog, il software può essere utilizzato per simulare WatchDog per monitorare il funzionamento del programma;

4. Quando si tratta di regolazione o impostazione dei parametri esterni del dispositivo, al fine di evitare che il dispositivo esterno commetta errori dovuti a interferenze, i parametri possono essere rispediti regolarmente, in modo che il dispositivo esterno possa essere ripristinato alla posizione corretta il prima possibile;

5. Anti-interferenza nella comunicazione, la cifra di controllo dei dati può essere aggiunta e 3 su 2 o 5 su 3 strategie possono essere adottate; 6. Quando c'è una linea di comunicazione, come I^2C, sistema a tre fili, ecc., in pratica, abbiamo trovato che la linea di dati, linea CLK, linea INH è impostata ad alto normalmente, il suo effetto anti-interferenza è meglio che impostarlo a basso.

Aspetto hardware:

1. Il cavo di terra e il cavo di alimentazione devono essere importanti!

2. disaccoppiamento della linea;

3. separazione del terreno digitale e modello;

4. Ogni componente digitale ha bisogno di 104 condensatori tra la terra e l'alimentazione elettrica;

5. Nelle applicazioni con relè, specialmente a correnti elevate, per evitare l'interferenza dei contatti del relè da scintillare sul circuito, un 104 e un diodo possono essere combinati tra le bobine del relè e 472 condensatori possono essere indiretti tra i contatti e l'estremità normalmente aperta. L'effetto è buono!

6. al fine di prevenire il crosstalk delle porte I/O, le porte I/O possono essere isolate dall'isolamento del diodo, dall'isolamento del circuito del cancello, dall'isolamento opto-coppia, dall'isolamento elettromagnetico, ecc.;

7. Naturalmente, l'anti-interferenza della scheda multistrato è sicuramente migliore di quella della scheda unilaterale, ma il costo è diverse volte superiore.