PCB Tecnico - Quali sono i fattori di interferenza della progettazione PCB

Nella progettazione PCB del sistema elettronico, al fine di evitare deviazioni e risparmiare tempo, i requisiti anti-interferenza dovrebbero essere pienamente considerati e soddisfatti e le misure correttive anti-interferenza dovrebbero essere evitate dopo il completamento della progettazione PCB. Ci sono tre elementi di base che causano interferenze:

(1) La sorgente di interferenza si riferisce al componente, all'apparecchiatura o al segnale che produce interferenze. È descritto in linguaggio matematico come segue: du/dt, il luogo in cui di/dt è grande è la fonte di interferenza. Ad esempio, fulmini, relè, tiristori, motori, orologi ad alta frequenza, ecc. possono diventare fonti di interferenza.

(2) Percorso di propagazione si riferisce al percorso o mezzo attraverso il quale l'interferenza si propaga dalla sorgente di interferenza al dispositivo sensibile. Il tipico percorso di propagazione delle interferenze è la conduzione attraverso fili e radiazioni dallo spazio.

(3) I dispositivi sensibili sono quelli che sono facilmente disturbati. Come: A/D, convertitore D/A, microcomputer a chip singolo, IC digitale, amplificatore di segnale debole, ecc.

I principi di base della progettazione del layout PCB anti-interferenza sono: sopprimere le fonti di interferenza, tagliare i percorsi di propagazione delle interferenze e migliorare le prestazioni anti-interferenza dei dispositivi sensibili. (Simile alla prevenzione delle malattie infettive)

1 Sopprimere le fonti di interferenza

Sopprimere la sorgente di interferenza è ridurre il più possibile il du/dt e di/dt della sorgente di interferenza. Questo è il principio più prioritario e più importante nella progettazione PCB anti-interferenza e spesso ha l'effetto di ottenere il doppio del risultato con metà dello sforzo. La riduzione del du/dt della sorgente di interferenza si ottiene principalmente collegando condensatori in parallelo ad entrambe le estremità della sorgente di interferenza. La riduzione del di/dt della sorgente di interferenza si ottiene collegando l'induttanza o la resistenza in serie con il loop della sorgente di interferenza e aggiungendo un diodo a ruota libera.

Le misure comuni per sopprimere le fonti di interferenza sono le seguenti:

(1) La bobina del relè aggiunge un diodo a ruota libera per eliminare l'interferenza della forza elettromotrice posteriore generata quando la bobina è scollegata. Solo l'aggiunta di un diodo a ruota libera farà ritardare il tempo di inattività del relè. Dopo aver aggiunto un diodo Zener, il relè può funzionare più volte per unità di tempo.

(2) Collegare un circuito di soppressione della scintilla in parallelo ad entrambe le estremità del contatto del relè (solitamente un circuito di serie RC, la resistenza è generalmente selezionata da pochi K a decine di K e il condensatore è 0.01uF) per ridurre l'impatto delle scintille elettriche.

(3) Aggiungere un circuito filtrante al motore e notare che i cavi del condensatore e dell'induttanza dovrebbero essere il più brevi possibile.

(4) Ogni IC sul circuito stampato dovrebbe essere collegato con un condensatore ad alta frequenza 0.01μF～0.1μF in parallelo per ridurre l'impatto del IC sull'alimentazione elettrica. Prestare attenzione al cablaggio dei condensatori ad alta frequenza. Il cablaggio deve essere vicino al terminale di alimentazione e il più breve possibile. Altrimenti, la resistenza di serie equivalente del condensatore sarà aumentata, che influenzerà l'effetto filtrante.

(5) Evitare le linee pieghevoli a 90 gradi durante il cablaggio per ridurre l'emissione di rumore ad alta frequenza.

(6) Entrambe le estremità del tiristor sono collegate in parallelo con un circuito di soppressione RC per ridurre il rumore generato dal tiristor (questo rumore può rompere il tiristor).

Secondo il percorso di propagazione dell'interferenza, può essere diviso in due tipi: interferenza condotta e interferenza irradiata.

La cosiddetta interferenza condotta si riferisce all'interferenza che si propaga ai dispositivi sensibili attraverso cavi. Le bande di frequenza del rumore di interferenza ad alta frequenza e dei segnali utili sono diversi e la propagazione del rumore di interferenza ad alta frequenza può essere interrotta aggiungendo un filtro sul filo e talvolta un optocoppiatore di isolamento può essere aggiunto per risolverlo. Il rumore dell'alimentazione elettrica è il più dannoso, quindi prestare particolare attenzione alla manipolazione. La cosiddetta interferenza irradiata si riferisce all'interferenza che si propaga ai dispositivi sensibili attraverso la radiazione spaziale. La soluzione generale è aumentare la distanza tra la sorgente di interferenza e il dispositivo sensibile, isolarli con un filo di terra e aggiungere uno scudo sul dispositivo sensibile.

Le misure comuni per tagliare il percorso di propagazione delle interferenze sono le seguenti:

(1) Considerare pienamente l'impatto dell'alimentazione elettrica sul microcontrollore. Se l'alimentazione elettrica è fatta bene, l'anti-interferenza di tutto il circuito sarà risolta più della metà. Molti microcomputer a singolo chip sono molto sensibili al rumore dell'alimentazione elettrica e un circuito filtrante o un regolatore di tensione dovrebbe essere aggiunto all'alimentazione elettrica del microcomputer a singolo chip per ridurre l'interferenza del rumore dell'alimentazione elettrica al microcomputer a singolo chip. Ad esempio, perline magnetiche e condensatori possono essere utilizzati per formare un circuito filtrante a forma di π. Naturalmente, le resistenze 100Ω possono essere utilizzate al posto delle perle magnetiche quando le condizioni non sono elevate.

(2) Prestare attenzione al cablaggio dell'oscillatore di cristallo. L'oscillatore di cristallo è il più vicino possibile ai perni del microcontrollore, l'area dell'orologio è isolata con un filo di terra e il guscio dell'oscillatore di cristallo è messo a terra e fissato. Questa misura può risolvere molti problemi difficili.

(3) divisione ragionevole del circuito stampato, quali segnali forti e deboli, segnali digitali e analogici. Tenere le fonti di interferenza (come motori, relè) lontane da componenti sensibili (come microcomputer a chip singolo) per quanto possibile.

(4) Separare l'area digitale dall'area analogica con un cavo di terra, separare la terra digitale dalla terra analogica e infine collegarla alla terra di alimentazione in un punto. Anche il cablaggio dei chip A/D e D/A si basa su questo principio e i produttori hanno preso in considerazione questo requisito quando assegnano le disposizioni dei pin A/D e D/A dei chip.

(5) I fili di terra del microcomputer a chip singolo e dei dispositivi ad alta potenza dovrebbero essere messi a terra separatamente per ridurre l'interferenza reciproca. Posizionare i dispositivi ad alta potenza sul bordo del circuito stampato il più possibile.

(6) L'uso di componenti anti-interferenza quali perline magnetiche, anelli magnetici, filtri di alimentazione e scudi in luoghi chiave come la porta I/O del microcomputer a chip singolo, cavo di alimentazione, linea di collegamento del circuito stampato, ecc., può migliorare significativamente le prestazioni anti-interferenza del circuito.

3Migliorare le prestazioni anti-interferenza dei dispositivi sensibili

Migliorare le prestazioni anti-interferenza dei dispositivi sensibili si riferisce al metodo per ridurre al minimo il rilevamento del rumore di interferenza dal lato dei dispositivi sensibili e recuperare da condizioni anormali il prima possibile.

Le misure comuni per migliorare le prestazioni anti-interferenza dei dispositivi sensibili sono le seguenti:

(1) Minimizzare l'area del loop del ciclo durante il cablaggio per ridurre il rumore indotto.

(2) Durante il cablaggio, il cavo di alimentazione e il cavo di massa dovrebbero essere il più spesso possibile. Oltre a ridurre la caduta di pressione, è più importante ridurre il rumore di accoppiamento.

(3) Per le porte I/O inattive del microcomputer a chip singolo, non galleggiano, ma dovrebbero essere messe a terra o collegate all'alimentazione elettrica. I terminali inattivi di altri IC sono messi a terra o collegati all'alimentazione senza modificare la logica del sistema.

(4) L'uso dei circuiti di monitoraggio dell'alimentazione elettrica e watchdog per i microcomputer a chip singolo, quali IMP809, IMP706, IMP813, X25043, X25045, ecc., può notevolmente migliorare le prestazioni anti-interferenza dell'intero circuito.

(5) Sulla premessa che la velocità può soddisfare i requisiti, cercare di ridurre l'oscillatore di cristallo del microcomputer a chip singolo e selezionare i circuiti digitali a bassa velocità.

(6) Generalmente, nella progettazione delle fabbriche di PCB, i dispositivi IC sono saldati direttamente sul circuito stampato e le prese IC sono raramente utilizzate.