Notizie PCB - Progettazione EMC del circuito stampato

La compatibilità elettromagnetica si riferisce alla capacità di un dispositivo o di un sistema di funzionare normalmente nel suo ambiente elettromagnetico e non causare interferenze elettromagnetiche insopportabili a nulla nell'ambiente. The purpose of electromagnetic compatibility design is to enable electronic equipment to suppress all kinds of external interference, in modo che l'apparecchiatura elettronica possa funzionare normalmente in uno specifico ambiente elettromagnetico, and to reduce the electromagnetic interference of the electronic equipment itself to other electronic equipment.

Man mano che la sensibilità delle apparecchiature elettroniche diventa sempre più alta, the ability to receive weak signals becomes stronger, e la banda di frequenza dei prodotti elettronici diventa sempre più ampia, and the electronic equipment is required to have stronger anti-interference ability. Le onde elettromagnetiche generate da alcuni dispositivi elettronici possono facilmente causare interferenze elettromagnetiche ad altri dispositivi elettronici intorno a loro, causing malfunctions or affecting signal transmission. Inoltre, excessive electromagnetic interference will cause electromagnetic pollution, mettere in pericolo la salute delle persone, and destroy the ecological environment. L'articolo analizza diverse tecnologie chiave di compatibilità elettromagnetica in Progettazione PCB(printed circuit board, also called printed circuit board).

1. Progettazione dell'alimentazione elettrica

The power supply of electronic equipment is widely connected with other functional units. Da un lato, unnecessary signals generated in the power supply can be easily coupled to each functional unit. D'altra parte, segnali inutili in un'unità possono essere accoppiati all'impedenza comune dell'alimentazione elettrica. Go to other units. Pertanto, the following measures should be taken in the power supply design.

(1) According to the current size of the printed circuit board, try to increase the width of the power line as much as possible, ridurre la resistenza del ciclo, and make the direction of the power line and the ground line consistent with the direction of data transmission; at the same time, Utilizzare lo strato di potenza e lo strato di terra nel PCB multistrato, To reduce the line length from the power line to the power layer or ground layer. This helps to enhance the anti-noise ability;

(2) Where possible, make the power supply separately supply power to each functional unit, e tutti i circuiti che utilizzano l'alimentazione comune siano il più possibile vicini tra loro e compatibili tra loro;

(3) utilizzare un filtro di alimentazione sulla rete AC e DC per impedire che le interferenze esterne entrino nell'apparecchiatura attraverso l'alimentazione elettrica, impedire che i transienti di commutazione e altri segnali generati all'interno dell'apparecchiatura entrino nell'alimentazione elettrica primaria e isolare efficacemente le linee di ingresso e uscita dell'alimentazione elettrica e l'ingresso del filtro e della linea di uscita;

(4) Perform effective electromagnetic field shielding on the power supply, e isolare il più possibile l'alimentazione ad alta tensione dai circuiti sensibili, especially the switching power supply, che causerà radiazioni ad alta frequenza e disturbi della conduzione. Use an electrostatic shielded power transformer to suppress the common mode on the power line Interference, trasformatori di isolamento di schermatura multipla hanno prestazioni migliori;

(5) L'alimentazione elettrica dovrebbe mantenere bassa impedenza di uscita per tutti gli stati funzionali del circuito. Anche nella gamma di radiofrequenza, il condensatore di uscita dovrebbe mostrare bassa impedenza, assicurando al contempo che il regolatore abbia un tempo di risposta abbastanza veloce per sopprimere l'ondulazione ad alta frequenza e i transienti. Effetto di caricamento

(6) The rectifier diode should work at the lowest current density to provide sufficient RF bypass for the Zener diode;

(7) Il trasformatore di potenza dovrebbe essere simmetricamente bilanciato, non un trasformatore bilanciato di potenza e il materiale principale utilizzato dovrebbe essere il limite inferiore della sua induzione magnetica di saturazione (Bm). In ogni caso, si deve garantire che il nucleo di ferro non sia guidato a uno stato saturo. La struttura centrale del trasformatore dovrebbe essere tipo D e tipo C, e tipo E è il secondo.

2. Progettazione del filo di terra

Rumore di terra, cioè la differenza potenziale tra i fili di terra di ogni parte del sistema o il rumore di terra causato dall'esistenza di impedenza di terra. Poiché il sistema di messa a terra ha il problema della differenza di potenziale a terra, il metodo di messa a terra corrispondente deve essere selezionato in base alle caratteristiche del PCB nel processo di progettazione della messa a terra del prodotto. Nella progettazione di prodotti elettronici, la messa a terra è un metodo importante per controllare le interferenze. Se la messa a terra e la schermatura possono essere combinati correttamente, la maggior parte dei problemi di interferenza possono essere risolti. La struttura del filo di terra nei prodotti elettronici comprende approssimativamente terra del sistema, terra del telaio, terra digitale e terra analogica. I seguenti punti dovrebbero essere prestati attenzione nella progettazione del filo di terra:

(1) The grounding wire should be as thick as possible. Se la linea di terra è molto sottile, the ground potential will fluctuate with the change of the current, causa l'instabilità del livello del segnale di temporizzazione del prodotto elettronico, and the anti-noise performance is reduced. Pertanto, the ground wire should be as thick as possible in the design, in modo che possa passare tre volte la corrente ammissibile del circuito stampato. If possible, la larghezza del filo di terra dovrebbe essere maggiore di 3mm.

(2) Correctly choose the grounding method. Lo scopo dell'impostazione di messa a terra a punto singolo è impedire che la corrente e la corrente di radiofrequenza proveniente dai sottosistemi di due livelli di riferimento diversi passino attraverso lo stesso percorso di ritorno e causino un accoppiamento di impedenza comune. This grounding method is more suitable for low-frequency PCBs, che può ridurre l'influenza dell'impedenza di trasmissione distribuita. However, in a PCB ad alta frequenza, the inductance of the return path becomes the main part of the line impedance at high frequencies. Pertanto, in order to minimize the ground impedance in a PCB ad alta frequenza, di solito viene utilizzato un metodo di messa a terra a più punti. The most important thing for multi-point grounding is to require the minimum length of the grounding lead, perché un piombo più lungo significa maggiore induttanza, thereby increasing the ground impedance and causing a ground potential difference. La struttura mista di messa a terra è una combinazione di messa a terra a punto singolo e messa a terra a più punti. This kind of structure is commonly used when there are high and low mixed frequencies in the PCB, che è, single-point grounding is present at low frequencies, e messa a terra multipunto è presente alle alte frequenze.

(3) La terra digitale è separata dalla terra analogica. Sul circuito sono presenti sia circuiti logici ad alta velocità che circuiti lineari. Dovrebbero essere separati il più possibile. I fili di terra dei due non dovrebbero essere mescolati e dovrebbero essere collegati ai fili di terra del terminale di alimentazione. Il cavo di massa del circuito a bassa frequenza dovrebbe essere messo a terra in parallelo in un singolo punto il più possibile. Quando il cablaggio effettivo è difficile, può essere parzialmente collegato in serie e quindi messo a terra in parallelo. Il circuito ad alta frequenza dovrebbe essere messo a terra in più punti in serie, il filo di massa dovrebbe essere corto e spesso e il foglio di terra a forma di griglia di grande area dovrebbe essere utilizzato intorno al componente ad alta frequenza il più possibile. Cercate di aumentare il più possibile l'area di messa a terra del circuito lineare.

(4) The ground wire forms a closed loop. Quando si progetta il sistema di messa a terra di un circuito stampato composto solo da circuiti digitali, making the grounding wire a closed circuit can significantly improve the anti-noise capability. Perché ci sono molti componenti del circuito integrato sul circuito stampato, especially when there are components that consume more power, a causa della limitazione dello spessore del filo di massa, a large potential difference will be generated on the ground wire, che causerà la riduzione dell'immunità al rumore. The grounding wire forms a loop, che ridurrà la differenza di potenziale e migliorerà la capacità anti-rumore delle apparecchiature elettroniche.

(5) Utilizzare un isolatore ottico per tagliare l'interferenza del ciclo di terra. La connessione ottica utilizza solitamente l'accoppiatore ottico e la connessione in fibra ottica. La capacità parassitaria dell'optocoppiatore è generalmente 2pF, che può fornire un buon isolamento per le alte frequenze. La connessione in fibra ottica non ha quasi alcuna capacità parassitaria, ma è costosa e scomoda da installare e mantenere.

3. Progettazione bypass e disaccoppiamento

Bypass consiste nel trasferire energia RF indesiderata in modalità comune da componenti o cavi. La funzione principale dei condensatori bypass è quella di generare un componente AC per eliminare l'energia indesiderata che entra nell'area sensibile. La funzione principale del condensatore di disaccoppiamento è quella di fornire un alimentatore DC locale ai componenti per ridurre la propagazione del rumore di commutazione sulla scheda e per guidare il rumore al suolo.

3.1 Selection of capacitor

Selezionando i condensatori di bypass e disaccoppiamento, la frequenza autoresonante del condensatore richiesto può essere calcolata attraverso la serie logica e la velocità di clock utilizzata e il valore del condensatore può essere selezionato in base alla frequenza e alla reattività capacitiva nel circuito. Per le dimensioni del pacchetto, provare a scegliere condensatori SMT con induttanza di piombo inferiore invece dei condensatori passanti. Inoltre, i progetti di prodotto spesso utilizzano condensatori di disaccoppiamento parallelo per fornire una banda di frequenza operativa più ampia e ridurre lo squilibrio al suolo. Sistema del condensatore parallelo, quando la frequenza di funzionamento è superiore alla frequenza autoresonante, il grande condensatore esibisce l'impedenza induttiva e aumenta con l'aumento della frequenza; mentre il piccolo condensatore mostra impedenza capacitiva e diminuisce con l'aumento della frequenza, e in questo momento, la capacità dell'intero circuito condensatore L'impedenza è più piccola dell'impedenza di un singolo condensatore.

3.2 Bypass capacitor configuration

I condensatori bypass sono generalmente utilizzati come dispositivi bypass ad alta frequenza per ridurre i requisiti di potenza transitori del modulo di potenza. Generalmente, i condensatori elettrolitici in alluminio e i condensatori al tantalio sono più adatti per i condensatori di bypass. Il valore di capacità dipende dai requisiti di corrente transitoria sul PCB. Nell'intervallo di 10 ~ 470LF, se ci sono molti circuiti integrati, circuiti di commutazione ad alta velocità e alimentatori con cavi lunghi sul PCB, dovrebbero essere selezionati condensatori di grande capacità.

3.3 Decoupling capacitor configuration

(1) Il terminale di ingresso di alimentazione è collegato con un condensatore elettrolitico di 10~100LF. Se possibile, è meglio connettersi con più di 100LF;

(2) In principle, each integrated circuit chip should be equipped with a 0.Condensatore ceramico 01pF. If the printed board gap is not enough, Un condensatore di tantalio 1~10pF può essere organizzato per ogni chip 4~8;

(3) per i dispositivi con debole capacità anti-rumore e grandi cambiamenti di potenza durante l'arresto, come i dispositivi di memoria RAM e ROM, un condensatore di disaccoppiamento dovrebbe essere collegato direttamente tra la linea di alimentazione del chip e la linea di terra;

(4) Capacitor leads should not be too long, in particolare per i condensatori bypass ad alta frequenza;

(5) Poiché ci sono contattori, relè, pulsanti e altri componenti nella scheda stampata, grandi scariche di scintilla saranno generate durante il funzionamento e i circuiti RC devono essere utilizzati per assorbire la corrente di scarica. Generalmente, R prende 1 ~ 2K e C prende 2.2 ~ 47LF;

(6) L'impedenza di ingresso di CMOS è molto alta ed è suscettibile all'induzione, quindi quando in uso, il terminale inutilizzato dovrebbe essere messo a terra o collegato a un alimentatore positivo.

4. Design of mixed signal circuit board

Conoscere il percorso e il metodo del ritorno della corrente a terra è la chiave per ottimizzare la progettazione del circuito a segnale misto. Non puoi semplicemente considerare dove scorre la corrente del segnale e ignorare il percorso specifico della corrente. Se lo strato di terra deve essere diviso e il cablaggio deve essere instradato attraverso lo spazio tra le divisioni, è possibile effettuare una connessione a punto singolo tra i terreni divisi per formare un ponte di collegamento tra i due terreni e quindi cablare attraverso il ponte di collegamento. In questo modo, un percorso di ritorno della corrente continua può essere fornito sotto ogni linea di segnale, in modo che l'area del loop formata sia piccola. Prestare attenzione ai seguenti punti nel processo di progettazione PCB a segnale misto:

(1) Divide the PCB into independent analog and digital parts, Realizzare la divisione della potenza analogica e digitale, and place the A/Convertitore D attraverso le partizioni;

(2) Non dividere il terreno. Posare una terra uniforme sotto la parte analogica e la parte digitale del circuito;

(3) In all layers of the circuit board, I segnali digitali possono essere cablati solo sulla parte digitale del circuito stampato, I segnali analogici e analogici possono essere cablati solo sulla parte analogica del circuito stampato;

(4) il cablaggio non può attraversare il divario tra i piani di alimentazione divisi e la linea di segnale che deve attraversare il divario tra gli alimentatori divisi dovrebbe essere situata sullo strato di cablaggio vicino al terreno di grande area;

(5) Analyze the path and method of the actual return ground current flow;

(6) Adottare regole corrette di layout e cablaggio.

In short, man mano che i prodotti elettronici diventano più complessi, high-speed, e denso, the design requirements for PCB boards are getting higher and higher, soprattutto i problemi di progettazione della compatibilità elettromagnetica stanno diventando sempre più evidenti., Bypass, circuiti di disaccoppiamento e segnale misto e altra progettazione ragionevole.