PCB Tecnico - Progettazione EMC nel circuito PCB

La velocità di trasmissione dei sistemi di progettazione e cablaggio PCB ad alta velocità sta accelerando costantemente, ma porta anche una certa vulnerabilità anti-interferenza. Questo perché più alta è la frequenza di trasmissione delle informazioni, maggiore è la sensibilità del segnale e la loro energia sta diventando sempre più debole. In questo momento, il sistema di cablaggio è più suscettibile alle interferenze. L'interferenza è ovunque. Cavi e apparecchiature interferiranno con altri componenti o saranno seriamente interferiti da altre fonti di interferenza, quali: schermi di computer, telefoni cellulari, motori elettrici, apparecchiature di radiodiffusione, cavi di trasmissione dati e di alimentazione, ecc. Inoltre, potenziali intercettatori, criminalità informatica, E gli hacker stanno aumentando perché la loro intercettazione della trasmissione di informazioni via cavo UTP causerà enormi danni e perdite.

Progettazione EMC nel circuito PCB

Progettazione di messa a terra:

Una volta che si verifica la scarica elettrostatica, dovrebbe essere permesso di bypassare il terreno il prima possibile e non invadere direttamente il circuito interno. Ad esempio, se il circuito interno è schermato da un telaio metallico, il telaio dovrebbe essere ben messo a terra e la resistenza di messa a terra dovrebbe essere il più piccola possibile, in modo che la corrente di scarica possa fluire nel terreno dallo strato esterno del telaio e allo stesso tempo, i disturbi causati dallo scarico degli oggetti circostanti possono essere portati a terra senza intaccare il circuito interno. Per il telaio metallico, i circuiti nel telaio sono solitamente messi a terra attraverso cavi I/O, linee elettriche, ecc. Quando si verifica una scarica elettrostatica sul telaio, il potenziale del telaio aumenta e il circuito interno è messo a terra e il potenziale rimane vicino al potenziale del terreno. In questo momento, c'è una grande differenza di potenziale tra il telaio e il circuito. Ciò causerà un arco secondario tra il telaio e il circuito. Causa danni al circuito. Aumentando la distanza tra il circuito e l'alloggiamento, è possibile evitare il verificarsi di archi secondari. Quando la distanza tra il circuito e l'alloggiamento non può essere aumentata, un deflettore metallico a terra può essere aggiunto tra l'alloggiamento e il circuito per bloccare l'arco. Se il circuito è collegato al telaio, dovrebbe essere collegato solo attraverso un punto. Impedire che la corrente fluisca attraverso il circuito. Il punto in cui il circuito stampato si collega al telaio dovrebbe essere all'ingresso del cavo. Per i casi di plastica, non c'è problema di messa a terra del caso.

Progettazione del cavo:

Un sistema di protezione del cavo progettato correttamente può essere la chiave per migliorare la non suscettibilità ESD del sistema. Essendo la più grande "antenna" nella maggior parte dei sistemi, i cavi I/O sono particolarmente sensibili a grandi tensioni o correnti indotte da interferenze ESD. D'altra parte, il cavo fornisce anche un percorso a bassa impedenza per interferenze ESD, se lo schermo del cavo è collegato al terreno del telaio. L'energia di interferenza ESD può essere rilasciata dal circuito di terra del sistema attraverso questo canale, quindi l'accoppiamento di conduzione può essere evitato indirettamente. Al fine di ridurre l'accoppiamento della radiazione di interferenza ESD al cavo, la lunghezza della linea e l'area del ciclo dovrebbero essere ridotte, l'accoppiamento in modalità comune dovrebbe essere soppresso e dovrebbe essere utilizzata una schermatura metallica. Per i cavi di ingresso / uscita, cavi schermati, strozzatori di modalità comune, circuiti di bloccaggio di sovratensione e filtri di bypass del cavo possono essere utilizzati. A entrambe le estremità del cavo, lo schermo del cavo deve essere collegato allo schermo dell'alloggiamento. L'installazione di un choke di modalità comune sul cavo di interconnessione può fare la caduta di tensione di modalità comune causata dalla scarica elettrostatica sul choke invece che sul circuito all'altra estremità. Quando si collegano due armadi con cavi schermati, collegare i due armadi insieme attraverso lo strato schermante del cavo, in modo che la differenza di potenziale tra i due armadi possa essere il più piccola possibile. Qui, la sovrapposizione tra il telaio e lo strato di schermatura del cavo è molto importante. Si consiglia vivamente di ruotare 360° tra il telaio ad entrambe le estremità del cavo e lo strato di schermatura del cavo.

Tastiera e pannello:

La progettazione della tastiera e del pannello di controllo deve garantire che la corrente di scarica possa scorrere direttamente al suolo senza passare attraverso circuiti sensibili. Per le tastiere isolate, un protettore di scarica (come una staffa metallica) dovrebbe essere installato tra la chiave e il circuito per fornire un percorso di scarica per la corrente di scarica. Il protettore di scarica deve essere collegato direttamente al telaio o al rack e non al terreno del circuito. Naturalmente, l'utilizzo di una manopola più grande (aumentando la distanza tra l'operatore e il cablaggio interno) può impedire direttamente la scarica elettrostatica. Il design della tastiera e del pannello di controllo dovrebbe consentire alla corrente di scarica di raggiungere direttamente il terreno senza passare attraverso circuiti sensibili. L'uso di alberi isolati e manopole di grandi dimensioni può impedire scarichi ai tasti di controllo o ai potenziometri. Al giorno d'oggi, più pannelli elettronici del prodotto utilizzano pulsanti a film sottile e finestre di visualizzazione a film sottile. Poiché il film è fatto di materiali isolanti resistenti ad alta tensione, può efficacemente impedire che ESD entri nel circuito interno attraverso i pulsanti e le finestre di visualizzazione per causare interferenze. Inoltre, la maggior parte dei tasti della tastiera ora hanno pad fatti di film isolanti resistenti ad alta tensione, che possono efficacemente prevenire interferenze ESD.

Progettazione del circuito:

I terminali di ingresso inutilizzati dell'apparecchiatura non possono essere scollegati o galleggianti, ma devono essere collegati direttamente al terminale di terra o di alimentazione tramite un'adeguata resistenza. In generale, il circuito di interfaccia collegato con il dispositivo esterno deve aggiungere un circuito di protezione, che include anche il cavo di alimentazione, che è spesso trascurato dal design hardware. Prendiamo il microcomputer come esempio, i collegamenti che dovrebbero essere considerati per organizzare il circuito di protezione sono: interfaccia di comunicazione seriale, interfaccia di comunicazione parallela, interfaccia tastiera, interfaccia display, ecc.

Nel circuito devono essere utilizzati filtri (condensatori shunt o una serie di induttanze o una combinazione dei due) per impedire che EMI si colleghi all'apparecchiatura. Se l'ingresso è ad alta impedenza, un filtro condensatore shunt è il più efficace perché la sua bassa impedenza byvolerà efficacemente l'alta impedenza di ingresso. Più vicino il condensatore shunt è all'ingresso, meglio è. Se l'impedenza di ingresso è bassa, una serie di ferriti può fornire il miglior filtro, e queste ferrite dovrebbero anche essere il più vicino possibile all'ingresso.

Rafforzare le misure di protezione sui circuiti interni. Per le porte che possono soffrire di interferenze di scarica elettrostatica a conduzione diretta, è possibile collegare una resistenza in serie o diodi paralleli ai terminali di alimentazione positiva e negativa all'interfaccia I/O. L'estremità di ingresso del tubo MOS è collegata con una resistenza 100kΩ in serie, e l'estremità di uscita è collegata con una resistenza 1kΩ in serie per limitare la corrente di scarica. L'estremità di ingresso del tubo TTL è collegata con una resistenza 22-100Ω in serie, e l'estremità di uscita è collegata con una resistenza 22-47Ω in serie. L'estremità di ingresso del tubo analogico è collegata in serie con 100Ω～100kΩ, e un diodo parallelo è aggiunto per shuntare la corrente di scarica al polo positivo o negativo dell'alimentazione, e l'estremità di uscita del tubo analogico è collegata in serie con una resistenza di 100Ω. L'installazione di un condensatore a terra sulla linea di segnale I/O può deviare la corrente di scarica elettrostatica indotta sul cavo di interfaccia al telaio ed evitare di fluire nel circuito. Ma questo condensatore sposterà anche la corrente sul telaio alla linea del segnale. Per evitare questa situazione, una perlina in ferrite può essere installata tra il condensatore di bypass e il circuito stampato per aumentare l'impedenza del percorso verso il circuito stampato. Va notato che la tensione di resistenza del condensatore deve soddisfare i requisiti. La tensione di scarica elettrostatica può essere alta fino a diverse migliaia di volt. L'uso di un diodo di protezione transitoria può anche proteggere efficacemente contro la scarica elettrostatica, ma va notato che anche se la tensione dell'interferenza transitoria è limitata dal diodo, il componente di interferenza ad alta frequenza non è ridotto. Generalmente, ci dovrebbe essere Il condensatore bypass ad alta frequenza collegato in parallelo al diodo di protezione transitoria sopprime l'interferenza ad alta frequenza. In termini di progettazione del circuito e cablaggio del circuito, i circuiti del cancello e gli impulsi stroboscopici dovrebbero essere utilizzati. Questo metodo di ingresso può causare danni solo quando si verificano contemporaneamente scariche elettrostatiche e strobo. Il metodo di input del trigger del bordo dell'impulso è molto sensibile ai transienti causati da scarica elettrostatica e non deve essere utilizzato.

Progettazione PCB:

Un buon design PCB può ridurre efficacemente l'impatto delle interferenze ESD sui prodotti. Questa è anche una parte importante della progettazione ESD nella progettazione di compatibilità elettromagnetica. È possibile ottenere una guida dettagliata da quella parte del corso. Quando si implementano contromisure di compatibilità elettromagnetica per un prodotto finito, è difficile riprogettare il PCB (i costi di miglioramento sono troppo alti), quindi non lo introdurrò qui.