PCB Tecnico - Sopprimere la fonte di interferenza elettromagnetica nelle apparecchiature elettroniche

L'interferenza elettromagnetica è ampiamente presente in tutti i tipi di apparecchiature elettroniche ed elettriche e varie apparecchiature elettroniche ed elettriche emettono più o meno onde elettromagnetiche quando funzionano, che causeranno interferenze al normale funzionamento dell'intera apparecchiatura. Nella progettazione di prodotti elettronici, a causa dell'insufficiente considerazione della compatibilità elettromagnetica, alcuni prodotti elettrici ed elettronici non sono qualificati. Pertanto, l'autore riassume alcuni punti che dovrebbero essere prestati attenzione.

Collegamento a terra

I circuiti analogici e digitali hanno percorsi indipendenti di alimentazione e terra. Cercare di allargare le linee di alimentazione e di massa delle due parti del circuito, o utilizzare strati di potenza e di terra separati per ridurre l'impedenza dei cicli di alimentazione e di massa e ridurre qualsiasi possibile tensione di interferenza nel circuito di alimentazione e di massa.

La terra analogica e la terra digitale di un PCB funzionante separatamente possono essere collegati in un unico punto vicino al punto di terra del sistema. Se la tensione di alimentazione è la stessa, l'alimentazione del circuito analogico e digitale è collegata all'ingresso di alimentazione in un unico punto. Se la tensione di alimentazione è incoerente, le due fonti di alimentazione sono più vicine. Posizionare un condensatore -1～2μf per fornire un percorso per la corrente di ritorno del segnale tra le due fonti di alimentazione.

Il filo di terra ideale è un'entità fisica a zero impedenza e potenziale zero. Non è solo un punto di riferimento per il segnale, ma anche non produce una caduta di tensione quando scorre la corrente. Nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche effettive, questo tipo di filo di terra ideale non esiste e una caduta di tensione si verificherà inevitabilmente quando la corrente scorre attraverso il filo di terra. Secondo questo, il meccanismo di formazione di interferenza nel filo di terra può essere attribuito ai seguenti due punti. In primo luogo, ridurre l'impedenza bassa e l'impedenza dell'alimentatore di alimentazione. In secondo luogo, scegliere correttamente il metodo di messa a terra e bloccare il ciclo di terra. Secondo il metodo di messa a terra, ci sono terra galleggiante, messa a terra a punto singolo, messa a terra a più punti e messa a terra mista. Se l'interferenza della linea sensibile proviene principalmente dallo spazio esterno o dalla shell del sistema, il terreno galleggiante può essere utilizzato per risolvere questo problema. Tuttavia, l'attrezzatura galleggiante a terra è soggetta ad accumulo di elettricità statica. Quando la carica raggiunge un certo livello, si verificherà una scarica elettrostatica, quindi il terreno galleggiante non è adatto per l'uso Per apparecchiature elettroniche generali.

Requisiti per la disposizione dei componenti PCB

Il layout dei componenti del circuito e dei percorsi del segnale deve ridurre al minimo l'accoppiamento reciproco dei segnali indesiderati:

(1) Il canale di segnale elettronico di basso livello non dovrebbe essere vicino al canale di segnale di alto livello e alle linee elettriche non filtrate, compresi i circuiti che possono generare processi transitori.

(2) I circuiti logici ad alta, media e bassa velocità utilizzano aree diverse sul PCB.

(3) Quando si organizza il circuito, la lunghezza della linea del segnale dovrebbe essere minimizzata.

(4) Assicurarsi che non vi siano linee di segnale parallele eccessivamente lunghe tra schede adiacenti, tra livelli adiacenti della stessa scheda e tra cavi adiacenti sullo stesso livello.

(5) Il filtro di interferenza elettromagnetica (EMI) dovrebbe essere il più vicino possibile alla sorgente EMI e posizionato sullo stesso circuito stampato.

(6) Convertitori DC/DC, elementi di commutazione e raddrizzatori dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile al trasformatore per ridurre al minimo la lunghezza dei loro fili.

(7) Posizionare il componente di regolazione della tensione e il condensatore del filtro il più vicino possibile al diodo raddrizzatore.

(8) Il bordo stampato è diviso in base alle caratteristiche di commutazione di frequenza e corrente e i componenti di rumore e non di rumore dovrebbero essere più distanti.

(9) Il cablaggio sensibile al rumore non dovrebbe essere parallelo alla linea di commutazione ad alta corrente e ad alta velocità.

Progettazione di schede multistrato

Nella progettazione del bordo multistrato, il piano di potenza dovrebbe essere vicino al piano di terra e disposto sotto il piano di terra. In questo modo, la capacità tra le due piastre metalliche può essere utilizzata come condensatore di levigatura per l'alimentazione elettrica e il piano di terra scherma anche la corrente di radiazione distribuita sul piano di potenza; Al fine di generare la cancellazione del flusso, lo strato di cablaggio dovrebbe essere disposto adiacente all'intero piano metallico Le linee stampate nello strato centrale formano una guida d'onda planare e sulla superficie si forma una linea di microtrip. Le caratteristiche di trasmissione dei due sono diverse; I circuiti di clock e i circuiti ad alta frequenza sono le principali fonti di interferenza e radiazione. Essi devono essere disposti separatamente e lontani da circuiti sensibili; Tutte le schede stampate con una certa tensione irradiano energia elettromagnetica nello spazio. Per ridurre questo effetto, la dimensione fisica del bordo stampato dovrebbe essere 20H più piccola della dimensione fisica del bordo di messa a terra più vicino, dove H è la superficie dei due pannelli stampati. spaziatura. Secondo la dimensione tipica generale del bordo stampato, 20H è generalmente circa 3mm,

Al fine di evitare conversazioni incrociate elettromagnetiche causate dalla distanza relativamente piccola tra due linee stampate, qualsiasi spaziatura di linea deve essere mantenuta almeno 2 volte la larghezza di linea stampata, cioè non inferiore a 2W, dove w è la larghezza della linea stampata.

Imposta 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 migliori caratteristiche ad alta frequenza. Quando si progetta un circuito stampato, un condensatore di disaccoppiamento deve essere aggiunto tra la potenza e la massa di ciascun circuito integrato. Il condensatore di disaccoppiamento ha due funzioni: da un lato, è il condensatore di accumulo di energia del circuito integrato, che fornisce e assorbe l'energia di carica e scarica al momento dell'apertura e chiusura del circuito integrato; d'altra parte, bypassa il rumore ad alta frequenza del dispositivo.

Sopprimere l'accoppiamento elettromagnetico tra le linee

Ridurre l'area loop delle sorgenti di interferenza e dei circuiti sensibili. Il modo migliore è usare fili a coppia attorcigliata e fili schermati, in modo che il cavo del segnale e il cavo di terra (o circuito di trasporto della corrente) siano attorcigliati insieme in modo che la distanza tra il segnale e il cavo di terra (o circuito di trasporto della corrente) sia la più breve; La distanza tra le linee rende l'induttanza reciproca tra la sorgente di interferenza e la linea indotta il più piccola possibile; se possibile, la linea sorgente di interferenza e la linea indotta sono cablati ad angoli retti (o vicini ad angoli retti), che possono ridurre notevolmente i due accoppiamenti tra linee;

Altri modi per ridurre il rumore e le interferenze elettromagnetiche

(1) racchiudere l'area dell'orologio con un filo di terra e mantenere il cavo dell'orologio il più breve possibile.

(2) Prova a fornire qualche forma di smorzamento per i relè, ecc.

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

(4) Il generatore di orologio è il più vicino possibile al dispositivo che utilizza l'orologio. Il guscio dell'oscillatore di cristallo di quarzo dovrebbe essere messo a terra.

(5) Il circuito di azionamento I/O dovrebbe essere il più vicino possibile al bordo della scheda stampata e lasciare che lasci la scheda stampata il prima possibile. Il segnale che entra nella scheda stampata dovrebbe essere filtrato e anche il segnale dall'area ad alto rumore dovrebbe essere filtrato. Allo stesso tempo, una serie di resistenze terminali dovrebbe essere utilizzata per ridurre la riflessione del segnale.

(6) Il terminale di ingresso del circuito del cancello che non è in uso non dovrebbe essere lasciato galleggiante. Il terminale di ingresso positivo dell'amplificatore operativo inutilizzato dovrebbe essere messo a terra e il terminale di ingresso negativo dovrebbe essere collegato al terminale di uscita.

(7) Il bordo stampato dovrebbe cercare di utilizzare linee pieghevoli a 45 gradi invece di linee pieghevoli a 90 gradi per ridurre l'emissione esterna e l'accoppiamento dei segnali ad alta frequenza.

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

(9) La linea di ingresso di tensione analogica e il terminale di tensione di riferimento dovrebbero essere il più lontano possibile dalla linea di segnale del circuito digitale, in particolare l'orologio.

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

(10) Non instradare i fili sotto il cristallo di quarzo e sotto i dispositivi sensibili al rumore.

in conclusione

Nella progettazione PCB, è necessario prendere in considerazione l'impatto di varie interferenze. Una progettazione completa può simulare efficacemente l'interferenza elettromagnetica, accorciare il ciclo di progettazione del prodotto e migliorare la stabilità e l'affidabilità del sistema.