PCB Tecnico - Effetto di impedenza del circuito stampato

a. I seguenti sistemi devono prestare particolare attenzione alle interferenze elettromagnetiche:

1-1. La frequenza di clock del microcontrollore è particolarmente alta e il ciclo bus è particolarmente veloce.

1-2. Il sistema contiene circuiti di azionamento ad alta potenza e ad alta corrente, quali i relè di generazione di scintilla, gli interruttori ad alta corrente, ecc.

1-3. sistema compreso circuito di segnale analogico debole e circuito di conversione di alta precisione A / D.

b. Per aumentare la capacità di interferenza elettromagnetica del sistema sono adottate le seguenti misure:

1. Selezionare microcontrollore con bassa frequenza:

La selezione di un microcontrollore con bassa frequenza esterna di clock può efficacemente ridurre il rumore e migliorare la capacità anti-interferenza del sistema. Per l'onda quadrata e l'onda sinusoidale con la stessa frequenza, la componente ad alta frequenza dell'onda quadrata è molto più dell'onda sinusoidale. Sebbene l'ampiezza della componente ad alta frequenza dell'onda quadrata sia più piccola dell'onda fondamentale, maggiore è la frequenza, più facile è essere emessa come fonte di rumore. Il rumore ad alta frequenza più influente generato dal microcontrollore è circa tre volte la frequenza dell'orologio.

2. Ridurre la distorsione nella trasmissione del segnale

Il microcontrollore è prodotto principalmente dalla tecnologia CMOS ad alta velocità. La corrente di ingresso statica all'estremità dell'ingresso del segnale è di circa 1mA, la capacità di ingresso è di circa 10PF e l'impedenza di ingresso è abbastanza alta. L'estremità di uscita del circuito CMOS ad alta velocità ha una notevole capacità di carico, cioè un notevole valore di uscita. Se l'estremità di uscita di un cancello è condotta all'estremità di ingresso con impedenza di ingresso relativamente elevata attraverso una lunga linea, il problema di riflessione è molto grave, che causerà distorsioni del segnale e aumenterà il rumore del sistema. Quando TPD > TR, diventa un problema della linea di trasmissione. Problemi quali la riflessione del segnale e la corrispondenza dell'impedenza devono essere presi in considerazione.

Il tempo di ritardo del segnale sul circuito stampato è correlato all'impedenza caratteristica del cavo, cioè alla costante dielettrica del materiale del circuito stampato. Si può approssimativamente considerare che la velocità di trasmissione del segnale sul cavo della scheda stampata è di circa 1/3 a 1/2 della velocità della luce. Il tr (tempo di ritardo standard) degli elementi telefonici logici comuni nel sistema composto da microcontrollore è compreso tra 3 e 18ns.

Sul circuito stampato, il segnale passa attraverso una resistenza 7W e un cavo lungo 25cm e il tempo di ritardo online è di circa 4 ~ 20ns. In altre parole, più corto è il cavo di segnale sul circuito stampato, meglio e il più lungo non dovrebbe superare 25cm. Inoltre, il numero di vias deve essere il meno possibile, preferibilmente non superiore a 2. [url href = www.51dz. COM / d.asp? I = topmanazhi] > > > altro

Quando il tempo di aumento del segnale è più veloce del tempo di ritardo del segnale, dovrebbe essere elaborato secondo elettronica veloce. In questo momento, si dovrebbe considerare la corrispondenza dell'impedenza della linea di trasmissione. Per la trasmissione del segnale tra i blocchi integrati su un circuito stampato, td > TRD dovrebbe essere evitato. Più grande è il circuito stampato, più veloce il sistema non può essere troppo veloce.

Riassumere una regola di progettazione del circuito stampato con le seguenti conclusioni:

Quando il segnale è trasmesso sulla scheda stampata, il suo tempo di ritardo non deve essere superiore al tempo nominale di ritardo del dispositivo utilizzato.

3. Ridurre l'interferenza trasversale tra le linee di segnale:

Un segnale di passo con tempo di salita tr al punto a viene trasmesso alla fine B attraverso il cavo ab. Il tempo di ritardo del segnale sulla linea AB è TD. Al punto D, a causa della trasmissione in avanti del segnale al punto a, della riflessione del segnale dopo aver raggiunto il punto B e del ritardo della linea AB, un segnale di impulso pagina con larghezza tr sarà indotto dopo il tempo TD. Al punto C, a causa della trasmissione e della riflessione del segnale su AB, sarà indotto un segnale di impulso positivo con una larghezza doppia del tempo di ritardo del segnale sulla linea AB, cioè 2TD. Questa è l'interferenza incrociata tra i segnali. L'intensità del segnale di interferenza è correlata al segnale di di / al punto C e alla distanza tra le linee. Quando le due linee di segnale non sono molto lunghe, ciò che vedete su AB è in realtà la sovrapposizione di due impulsi.

Il micro controllo prodotto dal processo CMOS ha alta impedenza di ingresso, alto rumore e alta tolleranza al rumore. Il circuito digitale è sovrapposto al rumore 100 ~ 200mV, che non influisce sul suo lavoro. Se il primo esame simulato è un segnale AB, l'interferenza diventa intollerabile. Se il circuito stampato è una scheda a quattro strati, uno dei quali è una grande area di terra, o una scheda bifacciale, e il lato opposto della linea del segnale è una grande area di terra, l'interferenza incrociata tra i segnali diventerà più piccola. Il motivo è che l'impedenza caratteristica della linea del segnale è ridotta in una grande area e la riflessione del segnale all'estremità d è notevolmente ridotta. L'impedenza caratteristica è inversamente proporzionale al quadrato della costante dielettrica del mezzo dalla linea del segnale al suolo e direttamente proporzionale al logaritmo naturale dello spessore del mezzo. Se il primo esame simulato è AB, l'interferenza del CD ad AB sarà evitata. C'è una grande area sotto la linea AB. La distanza dalla linea AB alla linea CD è maggiore di quella della linea AB a terra. Il terreno di schermatura locale può essere utilizzato e i fili di terra possono essere disposti sui lati sinistro e destro del cavo sul lato con collegamento al cavo.

4. Ridurre il rumore dall'alimentazione elettrica

Mentre l'alimentatore fornisce energia al sistema, aggiunge anche il suo rumore all'alimentatore. La linea di reset, la linea di interruzione e altre linee di controllo del microcontrollore nel circuito sono più vulnerabili al rumore esterno. La forte interferenza sulla rete elettrica entra nel circuito attraverso l'alimentazione elettrica. Anche nel sistema alimentato a batteria, la batteria stessa ha rumore ad alta frequenza. Il segnale analogico nel circuito analogico non può sopportare l'interferenza dall'alimentazione elettrica.

5. Prestare attenzione alle caratteristiche ad alta frequenza di schede di cablaggio stampate e componenti

Ad alta frequenza, il cavo, via, resistenza, capacità, distribuzione dei connettori, induttanza e capacità sul circuito stampato non possono essere ignorati. La capacità distribuita di capacità e induttanza non può essere ignorata. La resistenza rifletterà il segnale ad alta frequenza e la capacità distribuita del cavo giocherà un ruolo. Quando la lunghezza è maggiore di 1 / 20 della lunghezza d'onda corrispondente della frequenza del rumore, verrà generato l'effetto antenna e il rumore sarà trasmesso verso l'esterno attraverso il cavo.

La via del circuito stampato provoca una capacità di circa 0.6pf.

Il materiale di imballaggio di un circuito integrato introduce la capacità di 2~6pf.

Un connettore su un circuito stampato ha un'induttanza distribuita 520nh. Una doppia base del chip IC 24 pin in linea introduce l'induttanza distribuita di 4 ~ 18nh.

Questi piccoli parametri distribuiti sono trascurabili per il sistema microcontrollore a bassa frequenza; Occorre prestare particolare attenzione ai sistemi ad alta velocità.

6. La disposizione dei componenti deve essere ragionevolmente divisa

Le interferenze elettromagnetiche devono essere prese in considerazione per la disposizione dei componenti sul circuito stampato. Uno dei principi è che il piombo tra i componenti deve essere il più breve possibile. Nel layout, la parte del segnale analogico, la parte del circuito digitale ad alta velocità e la parte della sorgente di rumore (come relè, interruttore ad alta corrente, ecc.) devono essere ragionevolmente separate per ridurre al minimo l'accoppiamento del segnale tra di loro.

7. Gestire il filo di messa a terra

Sul circuito stampato, il cavo di alimentazione e il cavo di massa sono i più importanti. Il mezzo più importante per superare le interferenze elettromagnetiche è la messa a terra.

Per la scheda bifacciale, il layout del filo di terra è particolarmente particolare. Adottando il metodo di messa a terra a punto singolo, l'alimentazione elettrica e la terra sono collegati al circuito stampato da entrambe le estremità dell'alimentazione elettrica, un contatto per l'alimentazione elettrica e un contatto per il terreno. Sul circuito stampato, ci dovrebbero essere più fili di terra di ritorno, che si riuniranno al contatto dell'alimentatore di ritorno, che è la cosiddetta messa a terra a punto singolo. La cosiddetta apertura di dispositivi analogici a terra, digitali a terra e ad alta potenza significa che il cablaggio viene separato e infine raccolto a questo punto di messa a terra. I cavi schermati sono solitamente utilizzati quando si collega a segnali esterni al circuito stampato. Per segnali digitali e ad alta frequenza, entrambe le estremità del cavo schermato sono messe a terra. Un'estremità del cavo schermato per il segnale analogico a bassa frequenza deve essere messa a terra.

I circuiti che sono molto sensibili al rumore e alle interferenze o circuiti con rumore ad alta frequenza particolarmente grave dovrebbero essere schermati con coperture metalliche.

8. Utilizzare il condensatore di disaccoppiamento.

Un buon condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza può rimuovere componenti ad alta frequenza fino a 1GHz. I condensatori ceramici del chip o i condensatori ceramici multistrato hanno buone caratteristiche ad alta frequenza. Quando si progetta un circuito stampato, un condensatore di disaccoppiamento dovrebbe essere aggiunto tra l'alimentazione elettrica e la massa di ogni circuito integrato. Il condensatore di disaccoppiamento ha due funzioni: da un lato, il condensatore di accumulo di energia del circuito integrato fornisce e assorbe l'energia di carica e scarica al momento dell'apertura e della chiusura della porta del circuito integrato; D'altra parte, il rumore ad alta frequenza del dispositivo è bypassato. Il condensatore di disaccoppiamento tipico di 0.1uF nel circuito digitale ha un'induttanza distribuita 5NH e la sua frequenza di risonanza parallela è di circa 7MHz, cioè ha un buon effetto di disaccoppiamento sul rumore sotto 10MHz e ha poco effetto sul rumore sopra 40MHz.

1uF, condensatori 10uF, frequenza di risonanza parallela sopra 20MHz, l'effetto di rimuovere il rumore ad alta frequenza è migliore. Quando l'alimentatore entra nella scheda stampata, è spesso vantaggioso avere un condensatore ad alta frequenza di 1uF o 10uF. Anche i sistemi alimentati a batteria hanno bisogno di questo condensatore.

Un condensatore di scarica di carica, o condensatore di scarica di memoria, deve essere aggiunto a ogni circa 10 circuiti integrati. La capacità può essere 10uF. È meglio non usare condensatore elettrolitico. Il condensatore elettrolitico è arrotolato da due strati di pellicola PU. Questa struttura arrotolata è mostrata come induttanza ad alta frequenza. È meglio usare condensatore biliare o condensatore di birra in policarbonato.

Il valore di capacità di disaccoppiamento non è rigorosamente selezionato e può essere calcolato come C = 1 / F; Cioè, 10MHz è preso come 0.1uF e per il sistema composto da microcontrollore, può essere preso come 0.1 ~ 0.01uF.

In terzo luogo, alcune esperienze nella riduzione del rumore e delle interferenze elettromagnetiche.

Se puoi usare chip a bassa velocità, non hai bisogno di chip ad alta velocità. I chip ad alta velocità sono utilizzati nei luoghi chiave.

Una serie di resistenze può essere utilizzata per ridurre la velocità di salto dei bordi superiori e inferiori del circuito di controllo.

Cercare di fornire qualche forma di smorzamento per relè, ecc.

Utilizzare l'orologio di frequenza più bassa che soddisfa i requisiti di sistema.

Il generatore di orologio è il più vicino possibile al dispositivo utilizzando l'orologio. Il guscio dell'oscillatore di cristallo di quarzo deve essere messo a terra.

Cerchia l'area dell'orologio con filo di terra e la linea dell'orologio deve essere il più breve possibile.

Il circuito di azionamento I / O deve essere il più vicino possibile alla scheda stampata per lasciare la scheda stampata il prima possibile. Il segnale che entra nella scheda stampata deve essere filtrato e anche il segnale dall'area ad alto rumore deve essere filtrato. Allo stesso tempo, il metodo di resistenza del terminale di stringa deve essere utilizzato per ridurre la riflessione del segnale.

Il terminale inutile di MCD deve essere collegato in alto, o messo a terra, o definito come terminale di uscita. Tutti i terminali collegati alla messa a terra dell'alimentatore sul circuito integrato devono essere collegati e non devono essere sospesi.

L'estremità di ingresso del circuito gate inutilizzato non deve essere sospesa, l'estremità di ingresso positivo dell'amplificatore operativo inutilizzato deve essere messa a terra e l'estremità di ingresso negativo deve essere collegata all'estremità di uscita. (10) La scheda stampata utilizza, per quanto possibile, 45 linee rotte anziché 90 linee rotte per ridurre la trasmissione esterna e l'accoppiamento dei segnali ad alta frequenza.

La scheda stampata è divisa in base alle caratteristiche di commutazione di frequenza e corrente e i componenti di rumore e non di rumore dovrebbero essere più lontani.

L'alimentazione elettrica di messa a terra a punto singolo e la messa a terra a punto singolo devono essere utilizzati per pannello singolo e bordo bifacciale. La linea elettrica e il cavo di massa devono essere il più spesso possibile. Se è accessibile, il bordo multistrato deve essere utilizzato per ridurre l'induttanza di capacità dell'alimentazione elettrica e del suolo.

I segnali di selezione dell'orologio, del bus e del chip devono essere lontani dalle linee di I / O e dai connettori.

La linea di ingresso di tensione analogica e il terminale di tensione di riferimento devono essere lontani per quanto possibile dalla linea di segnale del circuito digitale, in particolare dall'orologio.

Per i dispositivi a / D, la parte digitale e la parte analogica dovrebbero essere unificate piuttosto che incrociate.

La linea dell'orologio perpendicolare alla linea I / O ha meno interferenze rispetto alla linea parallela I / O e il pin dell'elemento dell'orologio è lontano dal cavo I / O.

Il perno dell'elemento deve essere il più corto possibile e il perno del condensatore di disaccoppiamento deve essere il più corto possibile.

Le linee chiave devono essere il più spesse possibile e devono essere aggiunte aree di protezione su entrambi i lati. Le linee ad alta velocità dovrebbero essere corte e diritte.

Le linee sensibili al rumore non devono essere parallele alle grandi linee di commutazione corrente e ad alta velocità.

Non instradare i fili sotto cristalli di quarzo e dispositivi sensibili al rumore.

Non formare loop di corrente intorno al circuito di segnale debole e al circuito a bassa frequenza.

Non formare un loop per alcun segnale. Se è inevitabile, mantenere l'area del ciclo il più piccolo possibile.

Un condensatore di disaccoppiamento per IC. A ciascun condensatore elettrolitico va aggiunto un piccolo condensatore bypass ad alta frequenza.

Utilizzare condensatore al tantalio ad alta capacità o condensatore a poli freddo invece del condensatore elettrolitico come condensatore di accumulo di energia di scarica e carica del circuito. Quando si utilizzano condensatori tubolari, il guscio deve essere messo a terra.