전자 설계 - 고주파 PCB 설계에서의 간섭 분석 및 대책

PCB 보드 설계에서는 주파수가 빠르게 증가함에 따라 저주파 PCB 보드 설계와는 다른 많은 간섭이 발생합니다.또한 주파수가 증가함에 따라 PCB 보드의 소형화와 저비용 사이의 모순도 갈수록 두드러지고 있다.이러한 간섭은 갈수록 복잡해지고 있다.실제 연구에서 우리는 전원 소음, 전송선 간섭, 결합 및 전자 간섭을 포함한 네 가지 주요 간섭을 요약했습니다.고주파 PCB의 각종 간섭 문제를 분석하고 업무 실천과 결합하여 효과적인 해결 방안을 제시했다.

1. 전원 잡음

고주파 회로에서 전원의 소음이 고주파 신호에 미치는 영향은 특히 뚜렷하다.따라서 첫 번째 요구 사항은 저소음 전원 공급 장치입니다.여기서 깨끗한 바닥은 깨끗한 전원만큼이나 중요하다.왜?전력 특성은 그림 1과 같습니다.분명히 전원 공급 장치는 일정한 임피던스를 가지고 있으며 임피던스가 전체 전원 공급 장치에 분포되어 있기 때문에 소음도 전원 공급 장치에 겹칠 수 있습니다.그런 다음 가능한 한 전원 임피던스를 줄여야 하므로 전용 전원 계층과 접지층이 있는 것이 좋습니다.고주파 회로 설계에서 전원은 레이어 형태로 설계되며, 대부분의 경우 루프가 항상 임피던스가 가장 적은 경로를 따를 수 있도록 버스 형태로 설계하는 것보다 훨씬 좋습니다.또한 전원 기판은 PCB에서 생성 및 수신되는 모든 신호에 대한 신호 회로를 제공해야 하므로 신호 회로를 최소화하여 저주파 회로 설계자가 자주 무시하는 소음을 줄일 수 있습니다.

그림 1 전원 특성

PCB 설계에서는 전원 소음을 제거하는 몇 가지 방법이 있습니다.

1. 판의 구멍 주의: 구멍을 뚫으면 전원 공급 장치 레이어가 구멍을 뚫을 공간을 확보하기 위해 구멍을 식각해야 합니다.만약 전력층의 개구가 너무 크면 불가피하게 신호환로에 영향을 미치게 되며 신호는 핍박에 의해 옆길로 가게 되고 환로면적이 증가되고 소음이 증가된다.또한 일부 신호선이 개구 근처에 집중되어 이 루프를 공유하면 공용 임피던스로 인해 인터럽트가 발생합니다.그림 2와 같습니다.

그림 2 우회 신호 회로 공용 경로

2. 도선을 연결하려면 충분한 지선이 필요하다. 모든 신호는 자신의 전용 신호 회로가 있어야 한다. 신호와 회로의 회로 면적은 가능한 한 작아야 한다. 즉, 신호와 회로는 평행해야 한다.

3. 아날로그 전원과 디지털 전원의 전원은 분리해야 한다: 고주파 장치는 일반적으로 디지털 소음에 민감하기 때문에 전원 입구에서 분리하여 연결해야 한다.신호가 아날로그 및 디지털 부분을 통과해야 하는 경우 루프를 교차 지점에 배치하여 루프 면적을 줄일 수 있습니다.신호 회로에 사용되는 숫자와 아날로그 사이의 교차는 그림 3과 같다.

그림 3 신호 회로 디지털과 아날로그 사이의 교차

4. 서로 다른 층 사이의 독립적인 전원 중첩을 피한다: 그렇지 않으면 회로 소음이 기생 용량을 통해 쉽게 결합될 수 있다.

5. 민감한 컴포넌트 격리: 예를 들어 PLL.

6. 전원 코드 배치: 신호 회로를 줄이기 위해 전원 코드를 신호선의 가장자리에 놓아 소음을 줄인다. 그림 4와 같다.

그림 4 전원 코드를 신호선의 가장자리에 배치

2. 송전선로

PCB에는 대역선과 마이크로웨이브 등 두 개의 가능한 전송선만 있습니다.송전선로의 가장 큰 문제는 반사이다.반성은 많은 문제를 일으킬 수 있다.예를 들어, 부하 신호는 원시 신호와 회파 신호의 중첩이 될 것이며, 이는 신호 분석의 난이도를 증가시킵니다.반사는 가성 노이즈 간섭과 마찬가지로 신호에 미치는 영향이 심각한 반향 손실 (반향 손실) 을 초래합니다.

1.신호원을 반사하는 신호는 시스템 소음을 증가시켜 수신기가 소음과 신호를 구분하기 더욱 어렵게 한다;

2. 모든 반사 신호는 기본적으로 신호의 질을 떨어뜨리고 입력 신호의 모양을 바꾼다.원칙적으로, 솔루션은 주로 임피던스 정합 (예: 상호 연결 임피던스는 시스템의 임피던스와 매우 일치해야 함) 이지만, 때로는 임피던스 계산이 더 번거롭기 때문에 일부 전송선 임피던스 계산 소프트웨어를 참고할 수 있다.

PCB 설계에서 전송선 간섭을 제거하는 방법은 다음과 같습니다.

(A) 전송선 임피던스의 불연속성을 방지합니다.임피던스가 연속되지 않는 점은 직각, 오버홀 등 전송선에 돌연변이가 발생하는 점으로서 될수록 피해야 한다.방법은 궤적의 직각을 피하고 가능한 45도 각도나 호를 선택하며 큰 구부림도 가능하다.그림 5와 같이 각 오버홀은 임피던스 불연속점이므로 가능한 한 적은 오버홀을 사용합니다.외계 신호는 내층을 통과하는 것을 피하고, 반대의 경우도 마찬가지다.

그림 5 전송선의 간섭을 제거하는 방법

(B) 단선을 사용하지 마십시오.모든 스텁은 노이즈 소스이기 때문입니다.짧은 절단선이 짧은 경우 전송선의 끝에서 종료할 수 있습니다.짧은 절단선이 긴 경우 마스터 전송선을 소스로 사용하므로 반사가 크고 문제가 복잡하므로 사용하지 않는 것이 좋습니다.

3. 연축기

1. 공저항 결합: 이것은 흔히 볼 수 있는 결합 통로이다. 즉, 간섭 소스와 간섭 장치는 회로 전원, 버스, 공공 접지 등 일부 도체를 자주 공유한다. 그림 6과 같다.

그림 6 총 임피던스 결합

이 채널에서 Ic의 하강은 직렬 전류 회로의 공통 모드 전압을 초래하여 수신기에 영향을 줍니다.

2.필드 공통 모드 결합은 방사선이 방해되는 회로와 공통 참조 평면으로 형성된 루프에서 공통 모드 전압을 생성합니다.자기장이 지배적인 경우 직렬 접지 회로에서 발생하는 공통 모드 전압의 값은 Vcm = - (★ B/ t) * 영역 (² B = 자기 감지 강도의 변화) 입니다.전자기장인 경우 감지 전압: Vcm=(L*h*F*E)/48의 전장 값으로 알려진 방정식은 L(m)=150MHz 또는 그 이하에 적용되며 이 한계를 초과하면 최대 감지 전압 계산은 Vcm=2*h*E로 단순화됩니다.

3. 차형장 결합: 선로판과 그 회로의 도선이 또는 도선에 감응하고 수신하는 직접적인 복사를 말한다.만약 그것이 가능한 한 두 전선에 가깝다면.이러한 결합은 크게 감소되므로 간섭을 줄이기 위해 두 컨덕터를 서로 꼬을 수 있습니다.

4. 선로 간의 결합(직렬 교란)은 모든 선로를 병렬 회로 간의 기대하지 않는 결합과 같게 하여 시스템의 성능을 심각하게 손상시킬 수 있다.그 유형은 커패시터 인터럽트와 센싱 인터럽트로 나눌 수 있다.전자는 선로 사이의 기생용량으로 인해 소음원의 소음이 전류 주입을 통해 소음 수신 선로에 결합되기 때문이다.후자는 기대하지 않는 기생 변압기의 초급과 차급 사이의 신호 결합으로 여겨질 수 있다.센싱 인터럽트의 크기는 두 루프의 근접도와 루프 면적의 크기, 영향을 받는 부하의 임피던스에 따라 달라집니다.

5.전력선의 결합: 교류 또는 직류 전력선이 전자기 간섭을 받은 후 전력선이 이러한 간섭을 다른 설비로 전송하는 것을 말한다.

PCB 설계의 간섭을 제거하는 몇 가지 방법이 있습니다.

1. 이 두 가지 유형의 교란은 모두 부하 저항이 증가함에 따라 증가하기 때문에 교란으로 인한 교란에 민감한 신호선은 적당히 연결해야 한다.

2. 가능한 한 신호선 사이의 거리를 늘려서 용량 교란을 효과적으로 줄인다.접지층 관리를 통해 배선 사이의 공간 (예: 소스 신호선과 접지선, 특히 전환 상태의 신호선과 땅 사이) 을 설정하고 지시선 감지를 낮춥니다.

3. 인접한 신호선 사이에 접지선을 삽입해도 용량 교란을 효과적으로 줄일 수 있다.접지선은 1 / 4파장마다 연결해야 합니다.

4.감지 교란의 경우, 가능한 한 루프 면적을 줄여야 하며, 만약 허용된다면 이 루프를 제거해야 한다.

5. 신호 공유 루프를 피한다.

6.신호 무결성에 주목: 설계자는 반드시 용접 과정에서 단접을 실시하여 신호 무결성 문제를 해결해야 한다.이 방법을 사용하는 설계자는 좋은 신호 무결성 성능을 얻기 위해 차폐 동박의 마이크로 밴드 길이에 초점을 맞출 수 있습니다.설계자는 통신 구조에서 집약적 커넥터를 사용하는 시스템의 경우 PCB를 사용하여 끝을 연결할 수 있습니다.

4, 전자기 간섭

속도가 증가함에 따라 EMI는 점점 더 심각해지고 상호 연결된 전자기 간섭과 같은 여러 가지 측면에서 나타납니다.고속 설비는 이에 특히 민감하다.따라서 고속 허위 신호를 수신하고 저속 장치는 이러한 허위 신호를 무시합니다.

PCB 설계에서 전자기 간섭을 제거하는 몇 가지 방법이 있습니다.

1. 루프 감소: 각 루프는 하나의 안테나에 해당하므로 루프의 수, 루프의 면적, 루프의 안테나 효과를 최소화해야 합니다.신호가 두 점 모두에 루프가 하나만 있는지 확인하고 인위적인 루프를 피하고 전력 계층을 사용하십시오.

2. 필터: 필터는 전원 코드와 신호선의 EMI를 낮추는 데 사용할 수 있습니다.디커플링 콘덴서, EMI 필터 및 자기 컴포넌트의 세 가지 방법이 있습니다.EMI 필터는 그림 7과 같습니다.

그림 7 필터 유형

3. 차단.편폭 문제와 많은 토론이 막힌 문장 때문에, 나는 그것들을 상세하게 소개하지 않을 것이다.

4. 고주파 장치의 속도를 최대한 낮춘다.

5.PCB 보드의 개전 상수를 늘리면 보드에 가까운 전송선 등 고주파 부품의 외부 복사를 방지할 수 있다;PCB 보드의 두께를 늘리고 마이크로밴드 선의 두께를 최소화하면 전자기 선이 넘쳐나는 것을 방지하고 방사선도 방지할 수 있다.

이 점에서 우리는 고주파 PCB 설계에서 다음과 같은 원칙을 따라야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다.

1. 전원 및 접지의 통일성과 안정성.

2. 케이블을 세심하게 경로설정하고 적절한 끝을 연결하면 반사를 제거할 수 있습니다.

3.꼼꼼하게 배선하고 적당한 단련을 하면 용량과 전감의 교란을 줄일 수 있다.

4. EMC 요구 사항을 충족하기 위해 노이즈를 억제할 필요가 있습니다.