PCBブログ - PCBボードに基づく電磁両立性の設計

1. インtroduction to PCB
PCB, 中国名は プリント回路基板,重要電子部品, 電子部品用支持体, 電子部品用電気接続装置. 電子印刷で作るから, プリント回路板と呼ばれる. プリント回路基板の発明者は、オーストリアのポールアイスラーでした, 1936年のWHOは無線ユニットのプリント回路基板を使用した. 1943年, アメリカ人は軍事無線で広範囲に技術を使用した. 1948年, 米国は商業用の発明を公式に認めた. プリント回路基板技術は1950年代半ば以来広く採用されている. 出現の前に プリント回路基板, 電子部品間の相互接続は、ワイヤの直接接続によって達成された. 現在, 回路パネルは効果的な実験ツールとしてのみ存在する プリント回路基板 エレクトロニクス産業を支配するようになった. 回路層の数による分類, 両面多層板. 一般的な多層ボードは、一般的に4層ボードまたは6層ボード, 複雑な多層基板は10層以上に達することができる.

1. つの主要な除算タイプがあります PCBボード:
1) Single panel
A single-sided board is a basic PCB with parts concentrated on one side and wires on the other side. ワイヤーは片側にしか現れないから, このタイプのPCBを片面と呼ぶ. 単一ボードは回路設計に多くの厳しい制約を持つので, 初期の回路だけがこれらのタイプのボードを使用した.
2) Double panel
The double-sided circuit board has wiring on both sides, しかし、両側にワイヤーを使用するには, 両者の間に適切な回路接続がなければならない. 回路の間のそのような「ブリッジ」はVIA. ビアはPCB上の小さな穴である, 金属で満たされた、または塗装された, それは両側のワイヤーに接続することができます. 両面ボードは片面ボードの2倍の面積を持つので, そして、配線がインターリーブできるので, それは、片面ボードより複雑な回路に適しています.
3) Multilayer board
In order to increase the area that can be wired, 多層基板は、単一のまたは両面の配線板を使用する. 両面内側層を有するプリント回路基板, つの片面の外側の層, または2つの両面内側の層と2つの片面の外側の層, 位置決めシステム及び絶縁接合材料により交互に接合される, 導電パターン. 設計要件に従って相互接続されたプリント回路基板は、4層6層となる プリント回路基板, マルチレイヤとも呼ばれる プリント回路基板. 基板の層の数はいくつかの独立した配線層を表す, 通常、層の数は偶数です, つの外側の層が含まれて. ほとんどのマザーボードは, でも技術的に, ほぼ100層 PCBボードsは達成できます. 大部分の大型スーパーコンピュータは、かなり多層マザーボードを使用する, しかし、そのようなコンピュータを多くの普通のコンピュータのクラスタに置き換えることができるので, 超多層基板は徐々に使用不能になった. PCBの層が密着しているので, それは一般的に実際の数を見るのは簡単ではない, しかし、あなたが密接にマザーボードに見えるならば, あなたはまだそれを見ることができます.

ソフトとハード分類によると, 通常の回路基板とフレキシブル回路基板に分けられる. PCBは電子機器の回路部品のワーキングプラットフォームである. 回路部品間の電気的接続を提供する. その性能は電子機器の品質に直接関係している. マイクロエレクトロニクス技術の急速な発展と回路集積の改善, コンポーネントの密度 PCBボード 高くなっている, そして、システムの作業速度が速くなっている, PCBの電磁両立性設計はますます重要になる, システムの安定した通常の動作の鍵となる回路.

2. Common EMI in PCB

There are two ways to solve the electromagnetic compatibility problem in PCB デザイン: active reduction and passive compensation. この理由から, 電磁波干渉の干渉源と伝搬経路を解析しなければならない. 通常、PCB設計に存在する電磁干渉は以下の通りである, クロストーク干渉と放射妨害.
2.1 Conducted interference
Conducted interference mainly affects other circuits through wire coupling and common mode impedance coupling. 例えば, ノイズが電源回路を通して系に入るならば, 電源を使用するすべての回路が影響を受ける. 図1は、ノイズがコモンモードインピーダンスを介して結合されていることを示す. 回路1および回路2は、電源電圧および接地リターンを得るために共通のワイヤを使用する. 回路1の電圧が突然上昇する必要がある場合, それから、回路2の電圧は共通の電源に起因しなければならず、2つの回路間のインピーダンスは減少する.
2.2 Crosstalk 干渉
Crosstalk is when one signal line interferes with another adjacent signal path. それは、通常隣接した回路と導体で起こります, そして、回路および導体の相互キャパシタンスおよび相互インダクタンスによって特徴づけられる. 例えば, PCB上のストリップラインは低レベルの信号を運ぶ, 平行配線長が10 cmを超えると, クロストーク干渉が起こる. クロストークは、電界の相互キャパシタンスおよび磁界の相互インダクタンスに起因することができるので, PCBストリップラインにおけるクロストーク問題の考察, 主な問題は電場と磁場結合のどちらが主要因子であるかを決定することである.
2.3 Radiated Interference
Radiated interference is the interference introduced by the radiation of space electromagnetic waves. PCBにおける放射妨害は主にケーブルと内部配線との間のコモンモード電流放射妨害である. 電磁波が送電線に放射されると、フィールド間結合の問題が生じる. ラインに沿った分配された小さな電圧源は、コモンモードおよび微分モード構成要素に分解されることができる. コモンモード電流は、小さな振幅の差があるが、同じ位相の2つのワイヤの電流を指す, 差動モード電流は、同じ振幅及び逆相の2つのワイヤ上の電流を指す.

3. Electromagnetic compatibility design of PCB
With the increasing density of electronic components and circuits on the PCBボード, システムの信頼性と安定性を改善するために, の設計を行うには対応する措置を講じなければならない PCBボード 電磁両立性の要件を満たし、システムの干渉防止性能を向上させる.

3.1の選択 PCBボード
In PCBボード design, 電磁場の相互結合による隣接伝送線路上の信号間のクロストーク. したがって, PCBの電磁両立性を設計する場合, 最初にPCBのサイズを考えます. PCBの大きさが大きすぎる, 印刷された線が長すぎます, そしてインピーダンスは必然的に増加する, アンチノイズ能力が低下する, そして、コストも増加しますPCBサイズが小さすぎるなら, 漏話は隣接する伝送線の間で起こりやすい, そして、放熱性能は良くない. 層の数 PCBボード 電源の総合的な要因によって決定される, 地面の種類, 信号線の密度, 信号周波数, 特殊配線に必要な信号数, 周囲の要素, コストと価格. EMCの厳しい要件を満たし、製造コストを考慮する, グラウンドプレーンを適切に増加させることは、PCB EMC設計の方法の1つである. 電源層用, 内部電気層分割は、一般に、複数の電源の必要性を満たすことができる, しかし、複数の電源が必要で、インターリーブされるなら, 電源プレーンの2つ以上の層を考慮しなければならない. 信号層用, 信号線の経路密度を考慮することに加えて, EMC視点から, また、鍵信号の遮蔽又は分離を考慮する必要がある, 対応する層の数を増やすかどうか決定するために.

3.2 PCB layout design
The layout of the PCB should generally follow the following principles:
(1) Try to shorten the connection between high-frequency components and reduce their distribution parameters and mutual electromagnetic interference. 容易に妨げられる成分は、あまりにも接近していてはならない, そして、入力と出力は、できるだけ遠くに保たれるべきです.
(2) There may be a high voltage between some components or wires, そして、それらの間の距離は、放電に起因する偶然の短絡を避けるために増加するべきである.
(3) The device with large heat generation should leave space for the heat sink, または、熱散逸を容易にするために、それを機械全体の底板に取り付ける. 熱素子は発熱素子から遠ざかるべきである.
(4) Arrange the position of each functional unit according to the circuit flow, そのため、レイアウトは信号循環に便利です, そして、シグナルは可能な限り同じ方向を保つことができます.
(5) Take the component of each functional module as the center, そして、部品の間のリードおよび接続長を最小にして短くするためにそれを取り囲む.
(6) Comprehensively consider the distribution parameters among the components. 部品をできるだけ並列に並べる, 干渉妨害能力を高めるだけではない, しかし、美しい外観を持って、大量生産するのは簡単です.

3.3 Layout design of components
Compared with discrete components, 集積回路部品は、良好なシーリング, はんだ接合と低故障率, また、. 同時に, 遅い信号傾斜を有する装置を選択することによって、信号110によって生成された高周波成分を低減することができる. SMDコンポーネントの完全な使用は接続の長さを短くすることができます, インピーダンスを減らす, と電磁両立性の向上. コンポーネントの配置, まず、それらを特定の方法でグループ化する, 一緒に同じグループに置く, そして、コンポーネントがスペースの各々と干渉しないことを確実とするために別々に不適合コンポーネントを配置する. 加えて, 重い部品はブラケットで固定されるべきです.

3.4の配線設計 PCBボード
PCBレイアウト設計の一般原則は、最初にクロックと敏感な信号線を置くことです, し、高速信号ラインをレイアウト, と重要な信号ライン. 配線, 一般原則の下で, the following details need to be considered:
(1) In the multi-layer board wiring, a "well"-shaped network structure is used between adjacent layers;
(2) Reduce wire bending and avoid sudden change in wire width. 特性インピーダンス変化を防ぐために, the corners of the signal lines should be designed into arcs or connected with 45-degree broken lines;
(3) The distance between the outer conductors or components of the PCBボード プリント基板の縁から2 mm以下である, 特性インピーダンスが変化するのを防ぐだけではない, but also facilitates PCB clamping;
(4) For devices that must lay a large area of copper foil, they should be grid-shaped and connected to the ground through vias;
(5) Short and thin wires can effectively suppress interference, しかし、ワイヤ幅が小さすぎるとワイヤ抵抗が増加する. ワイヤの幅はワイヤを流れる電流に依存する. 一般的に言えば, 厚さ0の銅について.0 mmと1 mmの幅は、箔の許容電流負荷は1 Aです. 低電力ディジタル集積回路, 0行の幅.2 - 0.5 mmを選択できます. 同じPCBで, 地上線と電力線の幅は信号線の幅より大きくなければならない.

3.5パワーラインデザイン PCBボード
(1) According to the size of the PCB current of the printed board, 電力線と接地線の幅を厚くしてループ抵抗を減らすようにしてください. 同時に, データ伝送方向と一致する電源線と接地線の方向を作る, アンチノイズ能力を高めるのに役立つ. .
(2) Try to use SMD components, ピンの長さを短くする, 減結合コンデンサ電源ループの面積を減らす, そして、コンポーネントの分散インダクタンスの影響を減らす.
(3) Add a power filter to the front end of the power transformer to suppress common mode noise and differential mode noise, そして、外部および内部のインパルスノイズの干渉を分離する.
(4) Filter capacitors and decoupling capacitors should be added to the power supply lines of the printed circuit board. 低周波フィルタリング用ボードの電力入口に大容量電解コンデンサを追加する, それから、高周波フィルタリングのために、小さい容量セラミックコンデンサを並列に接続します.
(5) Do not overlap the analog power supply and the digital power supply to avoid coupling capacitance and mutual interference.

3.6グラウンドワイヤー設計 PCBボード
(1) In order to reduce the ground loop interference, ループ電流の形成を排除する方法を見つける必要がある. 特に, アイソレーション変圧器, 光カプラ分離, etc. 接地ループ電流の形成を遮断するために使用することができる, または、ループ電流を除去するためにバランス回路を使用することができる.
(2) In order to eliminate the coupling of the common impedance, 共通接地線のインピーダンスを低減する必要がある, 電線を厚くするか、または銅を接地線上に置く必要がある一方で, 適切な接地方法により相互干渉を回避できる, 単線接地のような並列, 直列ハイブリッド単一点接地は完全インピーダンスを完全に除去する.
(3) In order to eliminate the interference of digital devices to analog devices, デジタルグラウンドとアナロググランドを分離する必要があります, アナロググランドとデジタルグラウンドを別々に設定する必要があります. 高周波回路は、主に直列に接地される. 接地線は短く、厚くなければならない, そして、高周波成分の周囲は、グリッドのような大きな面積の銅で遮蔽されなければならない.

3.7水晶発振器回路のレイアウト PCBボード
水晶発振回路の周波数は高い, これは、システムの干渉の重要な源になります. 水晶発振回路のレイアウトについて, there are the following considerations:
(1) The crystal oscillator circuit is as close as possible to the integrated block, そして、入力を接続しているすべての印刷ライン/水晶発振器の出力端子は、水晶発振器に対する雑音干渉および分布キャパシタンスの影響を低減するために、できるだけ短い.
(2) The ground wire of the crystal oscillator capacitor should be connected to the device using the wide and short printed wire as possible; the digital ground pins close to the crystal oscillator should minimize the number of vias.
(3) The crystal case is grounded.

3.8静電保護設計 PCBボード
静電放電は高電位を特徴とする, 低電荷, 高電流と短時間. The electrostatic protection of PCB design can be considered from the following aspects:
(1) Try to choose components with high anti-static level, また、帯電防止性の悪い敏感成分は静電気放電源から遠ざかるべきである. テストは、各々のキロボルトの静電電圧のブレークダウン距離が約1 mmであることを示しました, したがって、コンポーネントが静電放電源16 mmの距離に保たれるならば, the electrostatic voltage of about 16KV can be resisted;
(2) Ensure that the signal return has a short path, and selectively add filter capacitors and decoupling capacitors to improve the electrostatic discharge immunity of the signal line;
(3) Use protection devices such as voltage transient suppression diodes to protect the circuit;
(4) Relevant personnel must wear an electrostatic wristband when touching the PCB to avoid electrostatic accumulation damage caused by the movement of human charge.

4. Conclusion
PCB electromagnetic compatibility design is to reduce external electromagnetic radiation and improve the ability to resist electromagnetic interference. 合理的なレイアウトと配線デザインの鍵です. 本明細書に記載された様々な方法及び技術は、高速PCBのEMC特性を改善するために有益である. もちろん, これらはEMCデザインの一部です. 反射ノイズ, 放射ノイズ, と他のプロセス技術の問題は、通常. Interference. 実際の設計では, 設計目標要件及び設計条件に従って適正な電磁干渉対策を採用すべきである, そして、その設計には包括的な配慮が必要である プリント回路基板 良いEMC性能で.