Dati PCB - Principi di progettazione della scheda PCB per ridurre le interferenze elettromagnetiche

Il design anti-interferenza efficace della scheda PCB è un collegamento chiave nella progettazione di prodotti elettronici, che influisce sull'affidabilità e la stabilità del lavoro del circuito. L'articolo analizza le ragioni principali dell'esistenza di interferenze elettromagnetiche sui circuiti stampati e riassume l'efficace soppressione e prevenzione delle interferenze elettromagnetiche nella progettazione di schede PCB dalla selezione dei circuiti stampati, il layout dei componenti del circuito stampato, il cablaggio di potenza e terra e il cablaggio delle linee di segnale. misure e principi. Il circuito stampato è il vettore dei componenti del circuito in prodotti elettronici, fornendo collegamenti elettrici tra i componenti del circuito ed è il componente di base di varie apparecchiature elettroniche. Le sue prestazioni sono direttamente correlate alla qualità delle apparecchiature elettroniche. Con lo sviluppo della società dell'informazione e lo sviluppo della tecnologia elettronica, l'integrazione dei circuiti sta diventando sempre più alta, le dimensioni dei circuiti stampati stanno diventando sempre più piccole, la densità dei componenti sui circuiti stampati sta diventando sempre più alta e la velocità di funzionamento dei prodotti elettronici sta diventando sempre più alta. Pertanto, il problema dell'interferenza elettromagnetica e della compatibilità causati da se stesso è più evidente. Pertanto, come ridurre l'interferenza elettromagnetica delle schede PCB è diventato un argomento caldo nella tecnologia elettronica di oggi. Il problema di compatibilità elettromagnetica di un circuito stampato è la chiave per se un sistema elettronico può funzionare normalmente, che influisce sull'affidabilità e la stabilità del circuito o del sistema. Pertanto, il problema di interferenza elettromagnetica dovrebbe essere risolto efficacemente durante la progettazione della scheda PCB.

Per quanto riguarda le ragioni delle interferenze elettromagnetiche, sono riassunte le misure e i principi per ridurre le interferenze elettromagnetiche che dovrebbero essere presi in considerazione nella progettazione della scheda PCB.1. La ragione dell'esistenza di interferenze elettromagnetiche sul circuitoNel sistema elettronico ad alta velocità composto da alimentazione di commutazione e microprocessore, l'interferenza elettromagnetica del circuito proviene principalmente dalla sorgente di interferenza a radiofrequenza esistente, dai componenti, loop di base e modalità differenziale e rumore di modo comune.1.1 La fonte di interferenza di radiofrequenza presente sul circuito stampato In un sistema elettronico intelligente ad alta velocità, la fonte di interferenza di radiofrequenza sul circuito stampato proviene principalmente dal sistema a microprocessore, Il rumore di radiofrequenza (RF) di un microprocessore viene generato all'interno del chip e accoppiato all'esterno in molti modi possibili. Esiste a tutti gli ingressi, le uscite, l'alimentazione e la messa a terra allo stesso tempo. È il rumore potenziale che fa ogni piombo del microprocessore. Potrebbero esserci problemi ai piedi. Il problema è il rumore dei pin di ingresso e uscita (I/O) del microprocessore. Questi rumori sono generati principalmente dalla commutazione dell'orologio all'interno del chip, collegato ai cavi interni ed esterni attraverso i pin di ingresso e uscita e irradiato fuori, principalmente manifestato come interferenza della forma d'onda di impulso a breve tempo.2) Sistema di alimentazione Il sistema di alimentazione comprende il regolatore di potenza e i suoi condensatori bypass sul lato del regolatore e del microcontrollore. Questi circuiti sono la fonte di tutta l'energia RF nel sistema e forniscono le correnti di commutazione richieste per i circuiti sequenziali on-chip.3) Circuito oscillatore Il circuito oscillatore fornisce un segnale di clock veloce al sistema, in un sistema digitale, poiché il buffer di uscita dell'oscillatore è digitale, le armoniche sono generate sul lato di uscita quando converte un'onda sinusoidale in un'onda quadrata. Qualsiasi rumore generato da operazioni interne, come i buffer di clock, apparirà all'uscita e si propaga attraverso l'accoppiamento dei componenti.1.2 Altre cause di interferenza elettromagnetica1) I componenti SMD e i componenti a foro passanteI dispositivi SMD (SMD) sono migliori nel gestire l'energia RF rispetto ai chip al piombo a causa della loro minore reattività induttiva e del posizionamento più vicino dei componenti. Tipicamente, la capacità di piombo dei componenti del foro passante si auto-oscilla (passaggio da capacitivo a induttivo) a circa 80MHz. Pertanto, il rumore superiore agli 80MHz deve essere controllato e molti problemi gravi devono essere presi in considerazione se nella progettazione vengono utilizzati componenti a foro passante.2) Circuito di base Ogni transizione di bordo trasmessa dal microprocessore ad un altro chip è un impulso di corrente che scorre al chip ricevente, fuori dal pin di terra del chip ricevitore, e poi tornare al perno di terra del microprocessore attraverso il filo di terra, quindi formare un circuito di base. Tali cicli esistono ovunque nel circuito, e qualsiasi tensione di rumore e le sue correnti di accompagnamento viaggiano attraverso il percorso dell'impedenza fino a dove ha avuto origine, causando un effetto. Un ritorno può essere una linea di segnale e il suo percorso di ritorno, un bypass tra potenza e terra, un oscillatore di cristallo e un driver all'interno di un microprocessore, o un ritorno dal regolatore di tensione dell'alimentazione al condensatore di bypass. Più grande è l'area geometrica del ciclo, più forte è la radiazione, in modo da poter mitigare la propagazione del rumore controllando la forma e l'impedenza del percorso di ritorno. C'è una tensione differenziale tra le due linee, che è il rumore che ogni segnale deve generare per svolgere la sua funzione. La forza del campo elettrico generata da questo rumore è proporzionale al quadrato della frequenza, alla magnitudine della corrente e all'area del ciclo di corrente, e inversamente proporzionale alla distanza dal punto di osservazione alla sorgente di rumore. Pertanto, il metodo per ridurre la radiazione in modo differenziale è quello di ridurre la frequenza operativa del circuito, ridurre l'area del ciclo di segnale o ridurre la forza della corrente del segnale. Un metodo efficace nella pratica è quello di controllare l'area del ciclo di segnale. Il rumore di modalità comune è il rumore causato dall'impedenza condivisa dalle linee di segnale e ritorno mentre la tensione viaggia lungo le linee di segnale e ritorno allo stesso tempo, senza tensione differenziale tra di loro. Il rumore di impedenza in modalità comune è una fonte comune di rumore nella maggior parte dei sistemi basati su microprocessori. La forza del campo elettrico prodotta da questo rumore è proporzionale alla grandezza della frequenza, alla grandezza della corrente e alla lunghezza del cavo, e inversamente proporzionale alla distanza dal punto di osservazione alla sorgente di rumore. I metodi per ridurre la radiazione di modo comune sono: ridurre l'impedenza del filo di massa, accorciare la lunghezza della linea e utilizzare una bobina di choke di modo comune.2. Principi di progettazione della scheda PCB Poiché il grado di integrazione e la frequenza del segnale del circuito stampato stanno diventando sempre più alti con lo sviluppo della tecnologia elettronica, l'interferenza elettromagnetica sarà inevitabilmente causata. Pertanto, i seguenti principi dovrebbero essere seguiti quando si progetta la scheda PCB per controllare l'interferenza elettromagnetica del circuito stampato entro un certo intervallo. Può soddisfare i requisiti e gli standard di progettazione e migliorare le prestazioni complessive del circuito.2.1 Selezione dei circuiti stampati Il compito principale della progettazione della scheda PCB è selezionare correttamente le dimensioni del circuito stampato. Se la dimensione è troppo grande, il valore di impedenza della linea aumenterà e la capacità anti-interferenza diminuirà perché la connessione tra i componenti è troppo lunga. La disposizione densa dei dispositivi non favorisce la dissipazione del calore e

2.2 Layout dei componenti del circuito circuitaleDopo aver determinato la dimensione della scheda PCB, le posizioni dei componenti speciali dovrebbero essere determinate prima e tutti i componenti del circuito dovrebbero essere disposti in blocchi in base alle unità funzionali del circuito. L'unità del circuito digitale, l'unità del circuito analogico e l'unità del circuito di alimentazione dovrebbero essere separati e anche l'unità del circuito ad alta frequenza e l'unità del circuito a bassa frequenza dovrebbero essere separati. I principi comuni di layout del circuito stampato sono i seguenti.1) Il principio di determinare la posizione dei componenti speciali:1. L'elemento riscaldante dovrebbe essere posizionato in una posizione favorevole alla dissipazione del calore, come il bordo della scheda PCB, e lontano dal chip del microprocessore; 2. componenti speciali ad alta frequenza dovrebbero essere posizionati l'uno accanto all'altro per accorciare la connessione tra di loro; 3. i componenti sensibili dovrebbero essere tenuti lontani da fonti di rumore quali generatori di orologio e oscillatori; 4. la disposizione dei componenti regolabili quali potenziometri, induttori regolabili, condensatori variabili e interruttori chiave dovrebbe essere conforme ai requisiti strutturali dell'intera macchina e facilitare l'adeguamento; 5. i componenti con massa più pesante dovrebbero essere fissati con staffe; 6. il filtro EMI dovrebbe essere posizionato vicino alla sorgente EMI.2) Il principio di stabilire i componenti ombrello del circuito secondo l'unità funzionale del circuito: 1. Ogni circuito funzionale dovrebbe determinare la posizione corrispondente in base al flusso di segnale tra di loro per facilitare il cablaggio; 2. Ogni circuito funzionale dovrebbe prima determinare la posizione dei componenti e posizionare altri componenti intorno ai componenti per accorciare il più possibile la connessione tra i componenti; 3. per i circuiti ad alta frequenza, i parametri di distribuzione tra i componenti devono essere considerati; 4. i componenti posti sul bordo del circuito stampato dovrebbero essere non meno di 2mm lontano dal bordo del circuito stampato.5. Il convertitore DC/DC, il tubo dell'interruttore e il raddrizzatore devono essere posizionati il più vicino possibile al trasformatore per ridurre la radiazione esterna; 6. i componenti di regolazione della tensione e i condensatori del filtro dovrebbero essere posizionati vicino al diodo raddrizzatore.2.3 Il principio di cablaggio dell'alimentazione elettrica e della messa a terra della scheda PCB è ragionevole è la chiave per ridurre l'interferenza elettromagnetica dell'intero circuito stampato. La progettazione di linee elettriche e linee di terra è un problema che non può essere ignorato nella scheda PCB, ed è spesso un progetto difficile. La progettazione dovrebbe seguire i seguenti principi.1) Abilità di cablaggio per alimentazione e messa a terra Il cablaggio sul PCB è caratterizzato da parametri distribuiti come impedenza, reattività capacitiva e reattività induttiva. Al fine di ridurre l'influenza dei parametri di distribuzione del cablaggio della scheda PCB sul sistema elettronico ad alta velocità, i principi di cablaggio per l'alimentazione elettrica e la terra sono i seguenti:1. Aumentare la spaziatura delle tracce per ridurre il crosstalk dell'accoppiamento capacitivo; 2. la linea elettrica e la linea di terra dovrebbero essere instradate in parallelo per rendere la portata della capacità distribuita; 3. secondo le dimensioni della corrente di trasporto, cercare di aumentare la larghezza della linea elettrica e della linea di terra il più possibile, ridurre la resistenza del ciclo e allo stesso tempo fare la direzione della linea di alimentazione e della linea di terra in ogni circuito funzionale coerente con la direzione di trasmissione del segnale, che contribuirà a migliorare le prestazioni. capacità anti-interferenza; 4. l'alimentazione elettrica e la terra dovrebbero essere instradati direttamente l'uno sopra l'altro, riducendo così la reattività induttiva e rendendo l'area del ciclo, e cercare di far passare il cavo di terra sotto la linea elettrica il più possibile; 5. più spesso il filo di terra, meglio, generalmente la larghezza del filo di terra non è inferiore a 3mm; 6. il filo di terra è formato in un ciclo chiuso per ridurre la differenza di potenziale sul filo di terra e migliorare la capacità anti-interferenza; 7. nella progettazione di cablaggio della scheda multistrato, uno degli strati può essere utilizzato come "piano di terra pieno", che può ridurre l'impedenza di terra e allo stesso tempo svolgere un ruolo di schermatura.2) abilità di messa a terra di ogni circuito funzionaleI metodi di messa a terra di ogni circuito funzionale della scheda PCB sono divisi in messa a terra a punto singolo e messa a terra multipunto. La messa a terra di serie a singolo punto è spesso utilizzata per la messa a terra protettiva perché la lunghezza di ogni cavo di messa a terra è diversa, l'impedenza di messa a terra di ogni circuito è diversa e la prestazione di compatibilità elettromagnetica è ridotta. Ogni circuito di messa a terra parallela a punto singolo ha il proprio filo di messa a terra, quindi l'interferenza reciproca è piccola, ma può estendere il filo di messa a terra e aumentare l'impedenza di messa a terra. È spesso usato per messa a terra del segnale, messa a terra analogica e messa a terra di potenza. Messa a terra multipunto significa che ogni circuito ha un punto di messa a terra, come mostrato nella Figura 5. La messa a terra multi-punto è spesso utilizzata nei circuiti ad alta frequenza, con brevi linee di messa a terra e piccoli valori di impedenza di messa a terra, riducendo l'interferenza dei segnali ad alta frequenza. Al fine di ridurre l'interferenza causata dalla messa a terra, la messa a terra deve anche soddisfare alcuni requisiti:1. Il filo di terra dovrebbe essere il più corto possibile e il piano di terra dovrebbe essere grande; 2. evitare inutili cicli di terra e ridurre la tensione di interferenza del terreno comune; 3. il principio di messa a terra è quello di adottare diversi metodi di messa a terra per segnali diversi e tutte le messa a terra non possono essere portate allo stesso punto di messa a terra; 4. Quando si progetta una scheda PCB multistrato, lo strato di alimentazione e lo strato di messa a terra dovrebbero essere posizionati negli strati adiacenti il più possibile, in modo che la capacità tra gli strati possa essere formata nel circuito e lo strato elettromagnetico