PCB Tecnico - Come migliorare la capacità anti-interferenza e EMC del PCB?

Nello sviluppo di prodotti elettronici con processori, oggi ipcb spiega come migliorare la capacità anti-interferenza e la compatibilità elettromagnetica?

1. I seguenti sistemi dovrebbero prestare particolare attenzione alle interferenze elettromagnetiche:

(1) Un sistema con alta frequenza dell'orologio e ciclo veloce del bus.

(2) Il sistema contiene alta potenza, circuito di azionamento ad alta corrente, quale il relè generatore di scintilla, interruttore ad alta corrente e così via.

(3) Il sistema include circuito di segnale analogico debole e circuito di conversione alto a / D.

2. Al fine di aumentare la capacità di interferenza elettromagnetica del sistema, sono adottate le seguenti misure:

(1) Il microcontrollore a bassa frequenza è selezionato

La scelta del microcontrollore con bassa frequenza esterna dell'orologio 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 di quella dell'onda sinusoidale. Sebbene l'ampiezza della componente ad alta frequenza dell'onda quadrata sia più piccola di quella dell'onda fondamentale, maggiore è la frequenza, più facile è emettere e diventare una fonte di rumore. L'influente rumore ad alta frequenza prodotto dal microcontrollore è circa tre volte la frequenza dell'orologio.

(2) Riduzione della distorsione nella trasmissione del segnale

Il microcontrollore è realizzato principalmente dalla tecnologia CMOS ad alta velocità. La corrente di ingresso statica dell'ingresso del segnale è di circa 1mA, la capacità di ingresso è di circa 10PF, l'impedenza di ingresso è molto alta e il CMOS ad alta velocità L'estremità di uscita del circuito ha una notevole capacità di carico, cioè un valore di uscita considerevole. Se l'estremità di uscita di un cancello è condotta al terminale di ingresso con elevata impedenza di ingresso 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. Dobbiamo considerare la riflessione del segnale, la corrispondenza dell'impedenza e così via.

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

Sul circuito stampato, il segnale passa attraverso una resistenza 7W e un cavo lungo 25cm e il tempo di ritardo on-line è di circa 4 ~ 20ns. In altre parole, più corto è il cavo sul circuito stampato, meglio è e la lunghezza non dovrebbe superare 25cm. E il numero di vias dovrebbe anche essere il più piccolo possibile, non più di 2.

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 blocchi integrati su un circuito stampato, è necessario evitare la situazione di TD ＂ TRD. Più grande è il circuito stampato, meno veloce può essere il sistema.

Una regola di progettazione del circuito stampato è riassunta con le seguenti conclusioni:

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

(3) Ridurre l'interferenza trasversale tra le linee del segnale

Un segnale passo con tempo di salita di TR al punto a viene trasmesso al terminale B tramite 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 di 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 del doppio del tempo di ritardo del segnale sulla linea AB, cioè, segnale di impulso positivo 2TD. Si tratta di interferenze incrociate tra 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 in realtà si vede su AB è la sovrapposizione di due impulsi.

Il micro controllo fatto dalla tecnologia 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 sarà ridotta.

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 tra la linea del segnale e il terreno ed è proporzionale al logaritmo naturale dello spessore dielettrico. 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 di piombo su un lato con giunzione di piombo.

(4) Ridurre il rumore dall'alimentazione elettrica

L'alimentatore non solo fornisce energia al sistema, ma 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 facili da essere disturbati dal 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 del PCB e dei componenti

Nel caso di alta frequenza, la distribuzione di cavi, vias, resistenze, condensatori, connettori, induttanza e capacità sul circuito stampato non può essere ignorata. L'induttanza distribuita della capacità non può essere ignorata e la capacità distribuita dell'induttanza non può essere ignorata. Quando la lunghezza del cavo è maggiore di 1 / 20 della lunghezza d'onda corrispondente della frequenza di rumore, si verificherà l'effetto antenna e il rumore sarà emesso attraverso il cavo.

(6) La disposizione dei componenti dovrebbe essere ragionevolmente divisa

Il problema di interferenza elettromagnetica dovrebbe essere pienamente considerato quando i componenti sono disposti sul circuito stampato. Uno dei principi è che il cavo di piombo tra i componenti deve essere il più corto possibile.

(7) Buon uso del condensatore di disaccoppiamento

Un buon condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza può rimuovere componenti ad alta frequenza fino a 1GHz. La caratteristica ad alta frequenza del condensatore ceramico del chip o del condensatore ceramico multistrato è migliore. Nella progettazione del circuito stampato, un condensatore di disaccoppiamento dovrebbe essere aggiunto tra l'alimentazione elettrica e la terra di ogni circuito integrato. Il condensatore di disaccoppiamento ha due funzioni: da un lato, è il condensatore di accumulo di energia del circuito integrato per fornire e assorbire l'energia di carica e scarica al momento dell'apertura e chiusura della porta del circuito integrato; d'altra parte, bypassa il rumore ad alta frequenza del dispositivo. Nei circuiti digitali, la capacità di disaccoppiamento tipica di 0.1uF ha un'induttanza distribuita 5NH e la sua frequenza di risonanza parallela è di circa 7MHz, il che significa che ha un buon effetto di disaccoppiamento per il rumore sotto 10MHz e funziona difficilmente per il rumore sopra 40MHz.