PCB 뉴스 - 인쇄회로기판의 EMC 설계

전자기 호환성이란 장비나 시스템이 전자기 환경에서 정상적으로 작동하며 환경의 어떤 것도 참기 어려운 전자기 간섭을 일으키지 않는 능력을 말한다.전자기 호환성 설계의 목적은 전자 설비가 각종 외부 간섭을 억제하고 전자 설비가 특정한 전자기 환경에서 정상적으로 작동하도록 하며 전자 설비 자체가 다른 전자 설비에 대한 전자기 간섭을 줄이는 것이다.

전자설비의 민감도가 갈수록 높아짐에 따라 미약한 신호를 접수하는 능력이 갈수록 강해지고 전자제품의 주파수대역이 갈수록 넓어지고 갈수록 작아짐에 따라 전자설비가 더욱 강한 교란방지능력을 갖추어야 한다.일부 전자기기에서 발생하는 전자파는 주위의 기타 전자기기에 쉽게 전자기교란을 초래하여 고장을 초래하거나 신호전송에 영향을 준다.이밖에 과도한 전자기교란은 전자기오염을 초래하고 인체의 건강을 해치며 생태환경을 파괴할수 있다.PCB (인쇄회로기판, 일명 인쇄회로기판) 설계에서 전자기 호환성의 몇 가지 핵심 기술을 분석했다.

1. 전원 설계

전자 장치의 전원은 다른 기능 장치와 광범위하게 연결됩니다.한편, 전원 공급 장치에서 발생하는 불필요한 신호는 각 기능 유닛에 쉽게 결합될 수 있습니다.다른 한편으로 단원의 불필요한 신호는 전원의 공공저항에 결합될수 있다.다른 단위로 이동합니다.따라서 전원 설계에서 다음 조치를 취해야 합니다.

(1) 인쇄회로기판의 현재 사이즈에 따라 전원 코드의 폭을 최대한 늘리고 회로 저항을 낮추어 전원 코드와 지선의 방향이 데이터 전송의 방향과 일치하도록 한다.또한 다중 계층 PCB에서 전원 레이어와 접지 레이어를 사용하여 전원 코드에서 전원 레이어 또는 접지 레이어로의 회선 길이를 줄입니다.이는 소음 방지 능력을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

(2) 가능한 경우 각 기능 유닛에 전원을 개별적으로 공급하고 공용 전원을 사용하는 모든 회로는 가능한 한 서로 가깝고 호환됩니다.

(3) AC 및 DC 전원에 전원 필터를 사용하여 외부 간섭이 전원을 통해 장치에 들어오는 것을 방지하고, 장치 내부에서 발생하는 스위치 순식간 및 기타 신호가 한 번 전원에 들어오는 것을 방지하며, 전원의 입력과 출력선 및 필터와 출력선의 입력을 효과적으로 격리한다;

(4) 전원을 효과적으로 전자기장으로 차단하고 가능한 한 고압 전원을 민감한 회로, 특히 전원을 끄면 고주파 복사와 전도 방해를 일으킬 수 있다.정전기 차폐 전력 변압기를 사용하여 공통 모델이 전력 선로에 대한 방해를 억제하고, 여러 대의 차폐 격리 변압기가 더 좋은 성능을 가지고 있다;

(5) 전원 공급 장치는 모든 회로 기능 상태에서 낮은 출력 임피던스를 유지해야 합니다.송수신기 범위 내에서도 출력 콘덴서는 저임피던스를 나타내야 하며, 동시에 조절기가 고주파 문파와 순간을 억제할 수 있는 충분한 응답 시간을 확보해야 한다.로드 효과

(6) 정류기 다이오드는 최저 전류 밀도에서 작동하여 제나 다이오드에 충분한 RF 우회로를 제공해야 한다;

(7) 전력 변압기는 전력 균형의 변압기가 아니라 대칭 균형이어야 하며, 사용하는 심재는 포화 자기 감지 (Bm) 의 하한선이어야 한다.어떤 경우에도 코어가 포화 상태로 구동되지 않도록 해야 합니다.변압기의 철심 구조는 D형과 C형이어야 하고, 그 다음은 E형이어야 한다.

2. 지선 설계

접지 소음, 즉 시스템 각 부분의 접지선 사이의 전위차나 접지 저항의 존재로 인한 접지 소음이다.접지 시스템에 접지 전위차의 문제가 존재하기 때문에 제품의 접지를 설계하는 과정에서 반드시 PCB의 특성에 따라 상응하는 접지 방식을 선택해야 한다.전자 제품의 설계에서 접지는 방해를 통제하는 중요한 방법이다.접지와 차단이 제대로 결합되면 대부분의 간섭 문제가 해결될 수 있습니다.전자제품의 지선구조에는 대체로 시스템접지, 섀시접지, 디지털접지와 아날로그접지가 포함된다.지선 설계는 다음 사항에 유의해야 합니다.

(1) 접지선은 가능한 두꺼워야 한다.만약 접지선이 매우 가늘면 접지전위는 전류의 변화에 따라 파동하여 전자제품의 정시신호전평이 불안정하고 소음저항성능이 낮아진다.그러므로 접지선은 인쇄회로기판을 통해 허용되는 전류의 3배가 되도록 설계에서 두꺼워야 한다.가능하면 접지선의 너비가 3mm보다 커야 합니다.

(2) 접지 방식을 정확하게 선택한다.단일 접지 설정의 목적은 두 개의 서로 다른 참조 레벨의 서브시스템에서 오는 전류와 무선 주파수 전류가 같은 반환 경로를 통과하여 공용 임피던스 결합을 일으키는 것을 방지하는 것이다.이 접지 방식은 저주파 PCB에 더 적합하며 분산 전송 임피던스의 영향을 줄일 수 있습니다.그러나 고주파 PCB에서는 경로를 반환하는 감응이 고주파에서 선로 임피던스의 주요 부분이 된다.따라서 고주파 PCB에서 접지 임피던스를 최소화하기 위해 다중 접지 방법을 사용하는 것이 일반적입니다.다중 접지에서 가장 중요한 것은 접지 지시선의 길이가 가장 작아야 한다는 것이다. 왜냐하면 지시선이 길수록 전감이 커진다는 것을 의미하기 때문에 접지 임피던스를 증가시키고 접지 전위차를 초래한다.혼합 접지 구조는 단일 접지와 다중 접지의 결합이다.이런 구조는 일반적으로 PCB에 고저 혼합 주파수가 존재할 때, 즉 저주파일 때는 단일 접지, 고주파일 때는 다중 접지가 존재하는 데 사용된다.

(3) 디지털 접지와 아날로그 접지를 분리한다.회로 기판에는 고속 논리 회로도 있고 선형 회로도 있다.그것들은 가능한 한 분리되어야 한다.두 접지선은 혼용해서는 안 되며 전원 단자의 접지선에 연결해야 한다.저주파 회로의 접지선은 가능한 한 단일 점에서 병렬로 접지해야 한다.실제 경로설정이 어려울 경우 부분적으로 연결한 다음 병렬로 접지할 수 있습니다.고주파 회로는 여러 개의 직렬 접지, 접지선은 짧고 굵어야 하며, 고주파 소자 주변은 가능한 한 격자 모양의 대면적 접지박을 사용해야 한다.가능한 한 선형 회로의 접지 면적을 늘리다.

(4) 접지선은 하나의 폐쇄 고리를 형성한다.디지털 회로로만 구성된 인쇄회로기판의 접지 시스템을 설계할 때 접지선을 폐쇄회로로 만들면 소음 방지 능력을 현저하게 높일 수 있다.인쇄회로기판에는 집적회로소자가 아주 많은데 특히 전력소모가 더욱 큰 소자가 있을 때 지선의 두께의 제한으로 지선에 아주 큰 전세차가 발생하여 소음방지성이 낮아지게 된다.접지선이 회로를 형성하면 전세차를 줄이고 전자설비의 소음방지능력을 제고하게 된다.

(5) 광학격리기를 사용하여 접지회로의 교란을 차단한다.광 연결은 일반적으로 광 결합기와 광섬유 연결을 사용합니다.광결합의 기생용량은 일반적으로 2pF로서 고주파에 량호한 격리를 제공할수 있다.광섬유 연결에는 기생 용량이 거의 없지만 설치 및 유지 보수 비용이 많이 들고 불편합니다.

3. 바이패스 및 디커플링 설계

바이패스는 어셈블리나 케이블에서 필요하지 않은 동일 모드 무선 주파수 에너지를 전송하는 것을 의미합니다.바이패스 콘덴서의 주요 기능은 커뮤니케이션 컴포넌트를 생성하여 감지 영역에 들어가는 불필요한 에너지를 제거하는 것입니다.디커플링이란 디커플링 용기를 제거하는 주요 기능은 부품에 로컬 직류 전원을 제공하여 스위치 소음이 보드에서 전파되는 것을 줄이고 소음을 지상으로 유도하는 것이다.

3.1 콘덴서의 선택

바이패스 및 디커플링 콘덴서를 선택하면 사용되는 논리적 급수와 클럭 속도를 통해 필요한 콘덴서의 자체 공명 주파수를 계산하고 회로의 주파수와 내성에 따라 콘덴서 값을 선택할 수 있습니다.패키징 크기에 대해서는 가능한 한 인덕션 감지가 낮은 SMT 콘덴서를 선택하십시오. 통공 콘덴서가 아닙니다.또한 제품 설계는 일반적으로 병렬 디커플링 콘덴서를 사용하여 더 큰 작업 주파수 대역을 제공하고 접지 불균형을 줄입니다.병렬 콘덴서 시스템은 작업 주파수가 자체 공명 주파수보다 높을 때 큰 전기 용기는 전감 저항을 나타내고 주파수가 증가함에 따라 증가한다;그러나 작은 콘덴서는 커패시터 임피던스를 나타내고 주파수가 증가함에 따라 감소한다. 이때 전체 커패시터 회로의 커패시터 임피던스는 단일 커패시터의 임피던스보다 작다.

3.2 바이패스 콘덴서 구성

바이패스 콘덴서는 일반적으로 고주파 바이패스 부품으로 사용되어 전력 모듈의 순간적 전력 요구를 낮춘다.일반적으로 알루미늄 전해질 콘덴서와 탄탈륨 용기는 바이패스 콘덴서로 더 적합합니다.용량 값은 PCB의 순간적 전류 요구 사항에 따라 달라집니다.10~470LF 범위에서 PCB에 많은 집적회로, 고속스위치회로, 장전선전원이 있다면 대용량 콘덴서를 선택해야 한다.

3.3 디커플링 콘덴서 구성

(1) 전원 입력단은 10~100LF의 전해 콘덴서를 연결한다.가능하면 100LF 이상을 연결하는 것이 좋습니다.

(2) 원칙적으로 모든 집적회로칩은 0.01pF의 세라믹콘덴서를 갖추어야 한다.인쇄판의 간격이 부족하면 4~8개의 칩마다 1~10pF의 탄탈럼 전기용기를 설치할 수 있다.

(3) 소음 방지 능력이 약하고 전원을 끌 때 전력 변화가 큰 장치, 예를 들어 RAM과 ROM 저장 장치는 칩의 전원 코드와 지선 사이에 직접 디커플링 콘덴서를 연결해야 한다;

(4) 콘덴서 지시선은 너무 길어서는 안 되며, 특히 고주파 바이패스 콘덴서;

(5) 인쇄판에 접촉기, 계전기, 버튼 등의 부품이 있기 때문에 조작 과정에서 큰 불꽃 방전이 발생할 수 있으므로 반드시 RC회로를 사용하여 방전 전류를 흡수해야 한다.일반적으로 R은 1~2K, C는 2.2~47LF를 취한다.

(6) CMOS는 입력 임피던스가 매우 높고 쉽게 감지되므로 사용하지 않은 단자가 양전원에 연결되거나 연결되어 있어야 합니다.

4. 혼합 신호 회로기판의 설계

전류 반환지의 경로와 방법을 이해하는 것은 혼합 신호 회로 기판 설계를 최적화하는 관건이다.너는 신호 전류의 흐름만 고려하고 전류의 구체적인 경로를 무시해서는 안 된다.접지층을 구분해야 하고 분할 영역 간의 간격을 통해 경로설정해야 하는 경우 분할된 접지 간에 단일 점 연결을 수행하여 두 접지 간에 연결 브리지를 형성한 다음 연결 브리지를 통해 경로설정할 수 있습니다.이렇게 하면 각 신호선 아래에 직류 귀환 경로를 제공하여 형성된 순환 도로 면적이 비교적 작다.혼합 신호 PCB를 설계하는 동안 다음 사항에 유의하십시오.

(1) PCB를 독립적인 아날로그와 디지털 부분으로 나누어 아날로그와 디지털 전원을 구분하고 A/D 동글을 파티션 사이에 배치한다.

(2) 지면을 분할하지 마라.회로기판의 아날로그 부분과 디지털 부분 아래에 균일한 접지를 깔다.

(3) 회로기판의 모든 층에서 디지털 신호는 회로기판 디지털 부분에서만 배선할 수 있고 아날로그 신호는 회로기판 아날로그 부분에서만 배선할 수 있다.

(4) 배선은 분전원 평면 사이의 간격을 통과할 수 없으며, 반드시 분전원 사이의 간격을 통과해야 하는 신호선은 대면적의 접지에 가까운 배선층에 있어야 한다.

(5) 실제 환류 접지 전류의 경로와 방법을 분석한다.

(6) 올바른 레이아웃 및 경로설정 규칙을 사용합니다.

결론적으로, 전자 제품이 점점 더 복잡해지고 고속, 밀집됨에 따라 PCB 보드에 대한 설계 요구가 점점 높아지고 있으며, 특히 전자기 호환성의 설계 문제가 점점 더 두드러지고 있습니다.바이패스, 디커플링, 혼합 신호 회로 등 합리적인 설계.