PCB Tecnico - Progettazione di soppressione delle interferenze PCB, questi 30 principi che devi conoscere

I. Introduzione

I modi per sopprimere le interferenze sulla scheda PCB sono:

1. Ridurre l'area del ciclo del segnale di modo differenziale.

2. Ridurre il ritorno di rumore ad alta frequenza (filtraggio, isolamento e corrispondenza).

3. Ridurre la tensione di modalità comune (progettazione di messa a terra). 30 principi di progettazione EMC PCB ad alta velocità

2. Sintesi dei principi di progettazione PCB

Principio 1: La frequenza dell'orologio PCB supera 5MHZ o il tempo di aumento del segnale è inferiore a 5ns, generalmente deve utilizzare la progettazione della scheda multistrato.

Motivo: L'area del ciclo del segnale può essere ben controllata adottando la progettazione della scheda multistrato.

Principio 2: Per le schede multistrato, gli strati di cablaggio chiave (linee dell'orologio, linee del bus, linee del segnale di interfaccia, linee di radiofrequenza, linee del segnale di reset, linee del segnale di selezione del chip e varie linee del segnale di controllo, ecc.) dovrebbero essere adiacenti al piano di terra completo. Preferibilmente tra due aerei di terra.

Motivo: Le linee di segnale chiave sono generalmente forti radiazioni o linee di segnale estremamente sensibili. Il cablaggio vicino al piano di terra può ridurre l'area del ciclo del segnale, ridurre l'intensità della radiazione o migliorare la capacità anti-interferenza.

Principio 3: Per le schede monostrato, entrambi i lati delle linee di segnale chiave dovrebbero essere coperti con terra.

Motivo: Il segnale chiave è coperto con terra da entrambi i lati, da un lato, può ridurre l'area del ciclo del segnale e, dall'altro, può impedire la crosstalk tra la linea del segnale e altre linee del segnale.

Principio 4: Per una scheda a doppio strato, una grande area di terra dovrebbe essere posata sul piano di proiezione della linea del segnale chiave, o lo stesso di una scheda a lato singolo.

Motivo: lo stesso come il segnale chiave della scheda multistrato è vicino al piano di terra.

Principio 5: In una scheda multistrato, il piano di potenza dovrebbe essere ritratto da 5H-20H rispetto al suo piano di terra adiacente (H è la distanza tra l'alimentazione elettrica e il piano di terra).

Motivo: L'indentazione del piano di potenza rispetto al suo piano di terra di ritorno può efficacemente sopprimere il problema della radiazione del bordo.

Principio 6: Il piano di proiezione dello strato di cablaggio dovrebbe essere nell'area dello strato del piano di riflusso.

Motivo: Se lo strato di cablaggio non è nell'area di proiezione dello strato piano di riflusso, causerà problemi di radiazione del bordo e aumenterà l'area del ciclo del segnale, con conseguente aumento della radiazione differenziale.

Principio 7: Nelle schede multistrato, non dovrebbero esserci linee di segnale più grandi di 50MHZ sugli strati TOP e BOTTOM della scheda singola per quanto possibile.

Motivo: È meglio camminare il segnale ad alta frequenza tra i due strati piani per sopprimere la sua radiazione allo spazio.

Principio 8: Per una singola scheda con una frequenza di funzionamento a livello di scheda superiore a 50MHz, se il secondo strato e il penultimo strato sono strati di cablaggio, gli strati TOP e BOOTTOM dovrebbero essere coperti con foglio di rame a terra.

Motivo: È meglio camminare il segnale ad alta frequenza tra i due strati piani per sopprimere la sua radiazione allo spazio.

Principio 9: In una scheda multistrato, il piano di potenza di lavoro principale (il piano di potenza più ampiamente usato) della scheda singola dovrebbe essere in prossimità del suo piano di terra.

Motivo: Il piano di potenza adiacente e il piano di terra possono ridurre efficacemente l'area del ciclo del circuito di alimentazione.

Principio 10: In una scheda a singolo strato, ci deve essere un filo di terra accanto e parallelo alla traccia di alimentazione.

Motivo: ridurre l'area del ciclo di corrente dell'alimentazione elettrica.

Principio 11: In una scheda a doppio strato, ci deve essere un filo di terra accanto e parallelo alla traccia di potenza.

Motivo: ridurre l'area del ciclo di corrente dell'alimentazione elettrica.

Principio 12: Nel design stratificato, cercare di evitare gli strati di cablaggio adiacenti. Se è inevitabile che gli strati di cablaggio siano adiacenti l'uno all'altro, la distanza tra i due strati di cablaggio dovrebbe essere opportunamente aumentata e la distanza tra lo strato di cablaggio e il suo circuito di segnale dovrebbe essere ridotta.

Motivo: Tracce parallele del segnale su strati di cablaggio adiacenti possono causare crosstalk del segnale.

Principio 13: Gli strati piani adiacenti dovrebbero evitare la sovrapposizione dei loro piani di proiezione.

Motivo: Quando le proiezioni si sovrappongono, la capacità di accoppiamento tra gli strati causerà il rumore tra gli strati di accoppiarsi tra loro.

Principio 14: Quando si progetta il layout del PCB, osservare completamente il principio di progettazione di posizionare in una linea retta lungo la direzione del flusso del segnale e cercare di evitare il loop avanti e indietro.

Motivo: Evitare l'accoppiamento diretto del segnale e influenzare la qualità del segnale.

Principio 15: Quando più circuiti di modulo sono posizionati sullo stesso PCB, i circuiti digitali e i circuiti analogici e i circuiti ad alta velocità e bassa velocità dovrebbero essere disposti separatamente.

Motivo: Evitare interferenze reciproche tra circuiti digitali, circuiti analogici, circuiti ad alta velocità e circuiti a bassa velocità.

Principio 16: Quando ci sono circuiti ad alta, media e bassa velocità sul circuito stampato allo stesso tempo, seguire i circuiti ad alta velocità e media velocità e stare lontano dall'interfaccia.

Motivo: Evitare il rumore del circuito ad alta frequenza da irradiare verso l'esterno attraverso l'interfaccia.

Principio 17: I condensatori filtranti ad alta frequenza e lo stoccaggio di energia devono essere posizionati vicino a circuiti di unità o dispositivi con grandi cambiamenti di corrente (come moduli di alimentazione: terminali di ingresso e uscita, ventilatori e relè).

Motivo: L'esistenza di condensatori di accumulo di energia può ridurre l'area del ciclo di grandi cicli di corrente.

Principio 18: Il circuito filtrante della porta di ingresso di potenza del circuito stampato deve essere posizionato vicino all'interfaccia.

Motivo: per evitare il riavvolgimento della linea filtrata.

Principio 19: Sul PCB, i componenti di filtraggio, protezione e isolamento del circuito di interfaccia dovrebbero essere posizionati vicino all'interfaccia.

Motivo: Può raggiungere efficacemente gli effetti della protezione, del filtraggio e dell'isolamento.

Principio 20: Se c'è sia un filtro che un circuito di protezione all'interfaccia, il principio della protezione prima e poi del filtraggio dovrebbe essere seguito.

Motivo: Il circuito di protezione è utilizzato per la soppressione esterna di sovratensione e sovracorrente. Se il circuito di protezione è posizionato dopo il circuito del filtro, il circuito del filtro sarà danneggiato da sovratensione e sovracorrente.

Principio 21: Durante il layout, assicurarsi che le linee di ingresso e uscita del circuito filtro (filtro), isolamento e circuito di protezione non si accoppiano tra loro.

Motivo: Quando le tracce di ingresso e uscita del circuito di cui sopra sono accoppiate tra loro, l'effetto di filtraggio, isolamento o protezione sarà indebolito.

Principio 22: Se sulla scheda è progettata un'interfaccia "terra pulita", i componenti filtranti e di isolamento devono essere posizionati sulla banda di isolamento tra il "terreno pulito" e il terreno di lavoro.

Motivo: Evitare l'accoppiamento tra dispositivi di filtraggio o isolamento attraverso lo strato piano, che indebolisce l'effetto.

Principio 23: Su "terreno pulito", nessun altro dispositivo può essere posizionato tranne i dispositivi di filtraggio e protezione.

Motivo: Lo scopo del progetto "terreno pulito" è quello di garantire che la radiazione dell'interfaccia sia minima e che il "terreno pulito" sia facilmente accoppiato da interferenze esterne, quindi non ci dovrebbero essere altri circuiti e dispositivi irrilevanti sul "terreno pulito".

Principio 24: Tenere forti dispositivi di radiazione quali cristalli, oscillatori di cristallo, relè e alimentatori di commutazione lontano dal connettore di interfaccia della scheda almeno 1000 mil.

Motivo: L'interferenza si irradia direttamente o la corrente sarà accoppiata al cavo in uscita per irradiarsi verso l'esterno.

Principio 25: I circuiti sensibili o i dispositivi (come i circuiti di reset, i circuiti WATCHDOG, ecc.) dovrebbero essere ad almeno 1000 mil di distanza da ogni bordo della scheda, in particolare dal bordo dell'interfaccia della scheda.

Motivo: I luoghi simili alle interfacce a scheda singola sono più facilmente accoppiati da interferenze esterne (come l'elettricità statica), e circuiti sensibili come i circuiti di reset e i circuiti watchdog possono facilmente causare malfunzionamento del sistema.

Principio 26: I condensatori filtranti per il filtraggio IC devono essere posizionati il più vicino possibile ai pin di alimentazione del chip.

Motivo: Più il condensatore è vicino al perno, più piccola è l'area del ciclo ad alta frequenza e più piccola è la radiazione.

Principio 27: Per la resistenza corrispondente di serie di start-end, dovrebbe essere posizionata vicino alla sua estremità di uscita del segnale.

Motivo: Lo scopo di progettazione della resistenza di corrispondenza di serie di inizio-fine è quello di aggiungere l'impedenza di uscita dell'estremità di uscita del chip e l'impedenza della resistenza di serie all'impedenza caratteristica della traccia. La resistenza corrispondente è posta alla fine, che non può soddisfare l'equazione di cui sopra.

Principio 28: Le tracce PCB non possono avere tracce ad angolo retto o ad angolo acuto.

Motivo: Il cablaggio ad angolo retto porta a discontinuità nell'impedenza, portando alla trasmissione del segnale, con conseguente squillo o overshoot e forte radiazione EMI.

Principio 29: Evitare il più possibile le impostazioni dei livelli di cablaggio adiacenti. Quando è inevitabile, cercare di rendere le tracce nei due strati di cablaggio perpendicolari l'uno all'altro o la lunghezza delle tracce parallele è inferiore a 1000mil.

Motivo: per ridurre il crosstalk tra tracce parallele.

Principio 30: Se la scheda ha uno strato interno di cablaggio del segnale, allora le linee di segnale chiave come orologi dovrebbero essere disposte sullo strato interno (lo strato di cablaggio preferito è preferito).

Motivo: l'implementazione di segnali chiave sullo strato di cablaggio interno può svolgere un ruolo di schermatura.