PCB 뉴스 - 전자기 호환성 기반 PCB 설계

0 머리말

PCB는 영어에서 인쇄회로기판의 줄임말이다.일반적으로 예정된 설계에 따라 절연재료에 인쇄회로, 인쇄소자 또는 량자의 조합으로 만든 전도도안을 인쇄회로라고 한다.절연 기판에 컴포넌트 간 전기 연결을 제공하는 전도성 패턴을 인쇄회로라고 합니다.이렇게 하면 인쇄회로나 인쇄회로의 완제품판을 인쇄회로기판이라고도 하고 인쇄회로기판 또는 인쇄회로기판이라고도 한다.PCB 보드는 전자 시계, 계산기, 범용 컴퓨터, 컴퓨터, 통신 전자 장비, 항공 우주, 군사 무기 시스템에 이르기까지 집적 회로와 같은 전자 부품만 있으면 우리가 볼 수있는 거의 모든 전자 장비와 밀접합니다.부품과 그 전기 상호 연결은 모두 PCB를 사용하며, 그 성능은 전자 설비의 품질과 직결된다.전자 기술의 급속한 발전에 따라 전자 제품은 갈수록 고속, 고감도, 고밀도가 된다.이러한 추세는 PCB 보드 설계에서 심각한 전자기 호환성(EMC) 및 전자기 간섭 문제를 야기합니다.전자기 호환성 설계는 PCB 설계에서 시급히 해결해야 할 기술적 문제가 되었다.

1 전자기 호환성

전자기 호환성 (Electro-Magnetic Compatibility, 약칭 EMC) 은 전자기 간섭과 간섭 문제를 주로 연구하는 신흥 종합 학과이다.전자기 호환성이란 전자 설비나 시스템이 규정된 전자기 환경 수준에서 전자기 방해로 인해 성능 지표를 낮추지 않는 것을 말하며, 그 발생하는 전자기 복사는 한정된 극한 수준보다 크지 않으며, 다른 시스템의 정상적인 운행에 영향을 주지 않는다.그리고 설비와 설비, 시스템과 시스템이 서로 간섭하지 않고 신뢰할 수 있는 협동 작업의 목적을 달성한다.전자기 간섭(EMI)은 전자기 간섭원이 결합 경로를 통해 민감한 시스템으로 에너지를 옮기면서 발생한다.그것은 세 가지 기본 형식을 포함한다: 도선과 공공 지선의 전도, 그리고 공간 복사 또는 근거리 결합을 통한 전도.설사 회로원리도를 정확하게 설계하고 인쇄회로기판을 잘못 설계한다 하더라도 전자설비의 신뢰성에 불리한 영향을 미치게 된다는것을 실증하였다.따라서 인쇄회로기판의 전자기 호환성을 확보하는 것이 전체 시스템 설계의 관건이다.

1.1 전자기 간섭(EMI)

EMI 문제가 발생하면 간섭 소스, 전파 경로, 수신기 등 세 가지 요소를 통해 설명해야 합니다.

그러므로 우리가 전자기교란을 줄이려면 반드시 이 세가지 요소에서 해결방안을 생각해내야 한다.다음으로 우리는 주로 인쇄회로기판의 배선기술을 토론한다.

2 인쇄회로기판 배선기술

양호한 인쇄회로기판 배선은 전자기 호환성의 매우 중요한 요소이다.

2.1 PCB의 기본 기능

PCB는 수직 스택의 일련의 계층 압력, 케이블 연결 및 사전 침수 처리로 구성됩니다.다중 계층 PCB에서 설계자는 디버깅을 용이하게 하기 위해 신호선을 가장 바깥쪽에 배치합니다.

PCB의 경로설정은 임피던스, 커패시터 및 인덕션 특성을 갖습니다.

임피던스: 경로설정의 임피던스는 구리의 무게와 횡단 면적에 의해 결정됩니다.예를 들어, 구리 1온스의 단위 면적당 임피던스는 0.49m입니다.커패시터: 경로설정된 커패시터는 절연체(EoEr), 전류 범위(A), 선 간격(h)에 의해 결정됩니다.공식 C = EoErA/h에 따르면 Eo는 자유공간의 개전 상수(8.854pF/m)이고, Er는 PCB 기판의 상대 개전 상수로 FR4 압연에서 4.7이다.

감전: 배선의 감전감은 배선에 고르게 분포되어 약 1nH/m이다.

외경 1온스의 동선의 경우 25mm(10밀귀) 두께의 FR4를 압연하는 경우 접지층 위쪽 0.5mm(20밀귀) 폭과 20mm(800밀귀) 길이의 전선은 9.8m의 임피던스, 20nH의 센싱과 1.66pF의 접지 결합 용량을 생성할 수 있다.이러한 값을 무시할 수 있지만 모든 경로설정의 합계가 기생 효과를 초과할 수 있는 어셈블리의 기생 효과와 비교합니다.따라서 설계자는 이를 고려해야 합니다.PCB 케이블 연결에 대한 일반 가이드:

(1) 용량결합의 교란을 줄이기 위해 흔적선의 간격을 늘린다.

(2) 전원선과 지선을 평행으로 배치하여 PCB 용량을 최적화한다;

(3) 민감한 고주파 선로를 고소음 전력 선로에서 멀어지게 한다;

(4) 전원 코드와 접지선을 넓혀 전원 코드와 지선의 임피던스를 줄입니다.

2.2 구분

세그먼트는 특히 전원 코드와 지선을 통해 서로 다른 유형의 회선 간의 결합을 줄이기 위해 물리적 세그먼트를 사용하는 것을 말합니다.

나눗셈 기술을 사용하여 4가지 유형의 회로를 나누는 예접지 평면에서 비금속 도랑을 사용하여 네 개의 접지 평면을 격리한다.L과 C는 보드의 각 부분에 대한 필터로 사용됩니다.서로 다른 회로의 전원 평면 간의 결합을 줄입니다.고속 디지털 회로는 순간 전력 요구량이 높기 때문에 전원 공급 장치 입구에 배치해야 합니다.인터페이스 회로에는 정전기 방전(ESD) 및 순간 억제 장치 또는 회로가 필요할 수 있습니다.L과 C의 경우 다른 회로에 다른 필터 특성을 제공할 수 있기 때문에 큰 L과 C가 아닌 다른 L과 C 값을 사용하는 것이 좋습니다.

2.3 로컬 전원 공급 장치와 IC 간의 디커플링

부분적인 디커플링은 소음이 전원 간선을 따라 전파되는 것을 줄일 수 있다.전원 입력 포트와 PCB 사이에 연결된 대용량 바이패스 콘덴서는 저주파 텍스처 필터 역할을 하는 동시에 갑작스러운 전력 수요를 충족시키기 위한 잠재적 에너지 저장기 역할을 한다.또한 각 IC의 전원과 접지 사이에 디커플링 콘덴서가 있어야 합니다.이 디커플링 콘덴서는 가능한 한 핀에 가까워야 한다.이렇게 하면 IC의 스위치 노이즈를 필터링하는 데 도움이 됩니다.

2.4 접지 기술

다층 PCB와 단층 PCB는 모두 접지 기술을 사용한다.접지 기술의 목표는 접지 임피던스를 최소화해 회로에서 전원으로 돌아오는 접지 회로의 전세를 낮추는 것이다.

(1) 단일 레이어 PCB 접지선

단층 (단면) PCB에서 지선의 너비는 가능한 한 넓어야 하며 최소 1.5mm (60 밀리미터) 이어야 합니다.별의 배선은 단일 PCB에서 구현 될 수 없기 때문에 점퍼 및 지선의 폭 변화는 최소한으로 유지되어야합니다. 그렇지 않으면 회로 임피던스와 전기 감각의 변화가 발생할 수 있습니다.

(2) 이중 PCB 접지선

듀얼 레이어(양면) PCB에서 디지털 회로는 접지 그리드/점진 경로설정을 선호합니다.이런 접선 방법은 접지 저항, 접지 회로와 신호 회로를 줄일 수 있다.단일 레이어 PCB와 마찬가지로 지선과 전원 코드의 너비는 최소 1.5mm여야 합니다. 또 다른 레이아웃은 접지 평면을 한쪽에 두고 신호선과 전원 코드를 다른 쪽에 두는 것입니다.이러한 배치에서 접지 회로와 임피던스는 더욱 줄어들고 디커플링 콘덴서는 IC 전원 코드와 접지층 사이에 가능한 한 가까이 배치될 수 있습니다.

(3) 보호 루프

보호 고리는 고리 밖의 소음 환경 (예: 무선 주파수 전류) 을 격리할 수 있는 접지 기술이다.정상적인 작동 중에 보호 루프에 전류가 흐르지 않았기 때문입니다.

(4) PCB 커패시터

다층판에서 PCB 커패시터는 전원 표면과 바닥을 분리하는 얇은 절연층에 의해 생성됩니다.단층판에서 전원선과 지선의 병렬도 이런 용량효과를 일으킬수 있다.PCB 콘덴서의 장점 중 하나는 매우 높은 주파수 응답과 전체 표면 또는 전체 회선에 균일하게 분포된 낮은 직렬 감지를 가지고 있다는 것입니다.그것은 회로판에 고르게 분포된 디커플링 콘덴서와 같다.이 기능을 가진 개별 구성 요소는 없습니다.

(5) 고속 및 저속 회로

고속 회로는 접지 평면에 가까워야 하고, 저속 회로는 전원 평면에 가까워야 한다.

(6) 바닥 구리 채우기

일부 아날로그 회로에서는 사용되지 않는 보드 영역이 큰 접지 평면으로 덮여 차폐를 제공하고 디커플링 능력을 향상시킵니다.그러나 구리 영역이 매달려 있는 경우 (예: 바닥에 연결되어 있지 않음) 안테나처럼 작동하고 전자기 호환성 문제를 일으킬 수 있습니다.

(7) 다중 계층 PCB의 접지 평면 및 전원 평면

다중 레이어 PCB에서는 전원 평면과 접지 평면을 가능한 인접 레이어에 배치하여 전체 보드에 큰 PCB 용량을 생성하는 것이 좋습니다.가장 빠른 임계 신호는 접지 평면의 한쪽에 가깝고 비임계 신호는 전원 평면에 가까운 위치에 배치해야합니다.

(8) 전력 요구 사항

회로에 여러 개의 전원이 필요한 경우 접지를 사용하여 각 전원을 분리합니다.그러나 단일 레이어 PCB에서 여러 점을 접지할 수는 없습니다.하나의 솔루션은 하나의 전원 코드와 지선을 다른 전원 코드 및 접지선과 분리하는 것입니다.또한 전원 공급 장치 간의 노이즈 결합을 방지할 수 있습니다.

3 끝말

이 문서에서 설명하는 다양한 방법론과 기술은 PCB의 EMC 특성을 개선하는 데 도움이 됩니다.물론 EMC 설계의 일부일 뿐입니다.일반적으로 반사 소음, 방사선 방출 소음 및 기타 공정 기술 문제로 인한 간섭을 고려해야 합니다.실제 설계에서 설계의 목표 요구사항과 설계 조건에 따라 합리적인 전자기 간섭 방지 조치를 취하여 양호한 EMC 성능을 갖춘 PCB 회로 기판을 설계해야 한다.