PCB 기술 - ipcb의 PCB 설계 및 EMC 제어 이해

클럭 속도의 향상은 고주파 버스와 더 높은 인터페이스 데이터 속도를 더하여 PC 회로 기판의 설계를 더욱 도전적으로 만들었다.엔지니어는 회로 기판의 실제 논리적 설계를 뛰어넘어야 하며, 지문 모듈 소프트 보드 회로 기판의 크기, 환경 소음, 전력 소비량 및 전자기 호환성(EMC) 등 회로에 영향을 미칠 수 있는 다른 요소도 고려해야 합니다.

하드웨어 엔지니어는 PC 보드 설계 단계에서 EMC 문제를 해결하여 EMC 장애로부터 시스템을 보호해야 합니다.

우수한 접지 설계

저전력 접지 시스템은 EMC 의 문제를 최소화하는 가장 중요한 요소입니다.PC 회로 기판의 접지 면적을 최대화하면 시스템 접지 감지를 감소시켜 전자기 복사와 직렬 교란을 줄일 수 있습니다.

직렬 교란은 상호 감지 및 상호 커패시터에 따라 회로 기판의 두 컨덕터 사이에 존재할 수 있으며 컨덕터 사이의 거리, 가장자리 속도 및 경로설정 임피던스에 비례합니다.

디지털 시스템에서, 상호 감지로 인한 직렬 교란은 일반적으로 상호 용량으로 인한 직렬 교란보다 크다.상호 감각은 경로설정 사이의 간격을 늘리거나 접지 평면까지의 거리를 줄입니다.

신호를 접지할 수 있는 여러 가지 방법이 있다.지문 모듈 소프트 보드 공장의 회로 기판 설계에서 부품이 임의로 접지점에 연결되면 높은 접지 감지가 발생하며 불가피하게 EMC 문제를 초래할 수 있습니다.우리는 전류가 전원으로 돌아갈 때 임피던스를 최소화할 수 있도록 완전히 부설된 접지 평면을 사용하는 것을 권장하지만, 접지 평면은 이중 회로 기판에 비현실적일 수 있는 전용 PC 회로 기판 층이 더 필요합니다.

따라서 설계자는 접지망을 사용할 것을 권장합니다.이 경우 접지의 전기 감각은 격자선 사이의 간격에 따라 달라집니다.

이 밖에 신호가 시스템의 접지로 돌아오는 방식도 중요하다.신호 경로가 길면 접지 회로가 생성되고 접지 회로는 안테나를 형성하고 에너지를 방사합니다.따라서 전류를 다시 전원으로 가져오는 모든 케이블은 가장 짧은 경로를 선택하고 접지 평면에 직접 도달해야 합니다.

다른 모든 접지를 접지 평면에 연결하는 것은 권장되지 않습니다.이는 전류 회로의 크기를 증가시킬 뿐만 아니라 접지의 반등 가능성도 증가시킨다.그림 1b는 어셈블리를 접지 평면에 연결하는 권장 방법을 보여 줍니다.

EMC 와 관련된 문제를 줄이는 또 다른 좋은 방법은 접지를 보드의 전체 가장자리와 연결하여 경계 밖에서 신호가 전송되지 않도록 패러데이 케이지를 만드는 것입니다.이 방법은 지문 모듈 소프트 보드 공장 회로 기판의 방사선을 제한 범위로 제한하여 외부 방사선이 회로 기판의 신호를 방해하지 않도록 할 수 있습니다.

EMC 의 관점에서 레이어의 올바른 정렬도 중요합니다.두 개 이상의 레이어를 사용하는 경우 전체 레이어를 접지층으로 사용합니다.레이어 4 보드를 사용하는 경우 접지 평면 아래의 레이어가 전원 평면으로 적용됩니다.

접지 평면의 위치는 고주파 신호 케이블과 전원 평면 사이에 있어야 합니다.이중 보드를 사용하지만 완전한 접지 평면을 구현할 수 없는 경우 접지망을 사용할 수 있습니다.별도의 전원 평면을 사용하지 않는 경우 전원 케이블과 평행하게 접지선을 설정하여 전원을 깨끗하게 해야 합니다.

레이아웃 안내서

EMC 로부터 설계를 보호하려면 보드의 구성 요소를 해당 기능 (아날로그, 디지털, 전원, 저속 회로, 고속 회로 등) 에 따라 분류해야 합니다. 각 유형의 경로설정은 지정된 영역 내에 있어야 하며 서브시스템 경계에 필터를 사용해야 합니다.

디지털 회로 문제를 처리할 때는 반드시 시계와 기타 고속 신호에 각별히 주의해야 한다.이 신호를 연결하는 경로설정은 가능한 한 짧아야 하며 복사 및 간섭을 제어하기 위해 접지 평면과 인접해야 합니다.

이 신호의 경우 엔지니어는 보드 가장자리나 커넥터 근처에서 구멍 또는 케이블 연결을 사용하지 않아야 합니다.또한 신호는 출력 평면에서 소음을 일으키기 때문에 출력 평면에서 멀리 떨어져 있어야 합니다.차등 신호를 전송하기 위한 경로설정은 자기장 제거 기능을 가장 효과적으로 수행할 수 있도록 가능한 한 서로 가까이 있어야 합니다.

소스에서 디바이스로 클럭 신호를 전송하는 경로설정에는 일치하는 단자가 있어야 합니다.임피던스가 일치하지 않는 한 신호 반사 문제가 발생할 수 있습니다.신호를 반사하는 문제에 주의하지 않으면 엄청난 양의 에너지를 방사할 수 있다.유효한 끝의 다른 형태는 원본, 끝, AC 끝입니다.

발진기 방향 경로설정의 경우 접지를 제외한 다른 경로설정은 발진기 또는 발진기 경로설정과 평행하거나 그 이하여야 합니다.또한 결정체는 필요한 칩에 접근해야 한다.

반환 전류는 항상 최소 임피던스의 경로를 따르기 때문에 전송 전류의 접지 경로는 가능한 한 짧은 전류 회로를 유지하기 위해 관련 신호를 전송하는 경로에 가까워야 합니다.

아날로그 신호를 전송하는 연결선은 고속 또는 스위치 신호와 분리되어야 하며 반드시 접지 신호를 통해 보호되어야 한다.항상 로우 패스 필터를 사용하여 주변 아날로그 케이블에 결합된 고주파 노이즈를 제거해야 합니다.

또한 아날로그와 디지털 서브시스템의 접지 평면은 공유할 수 없습니다.

방패

전원 공급 장치의 노이즈는 작동 중인 장치의 기능에 영향을 줄 수 있습니다.일반적으로 전원에 결합하는 소음 주파수가 비교적 높기 때문에 바이패스 콘덴서나 디커플링 콘덴서가 필터링을 해야 한다.

디커플링 콘덴서는 전원 평면에서 바닥까지의 고주파 전류에 저임피던스 경로를 제공합니다.전류는 하나의 경로를 통해 땅으로 흐르고, 이 경로는 하나의 접지 회로를 형성한다.이 경로는 가능한 한 낮게 유지되어야 하므로 디커플링 콘덴서는 가능한 한 IC에 가까운 위치에 놓을 수 있습니다.

대규모 접지 회로는 방사능을 증가시켜 EMC 장애의 잠재적 원인이 될 수 있습니다.주파수가 높을수록 이상적인 콘덴서의 저항이 0에 가까우며 시장에는 이른바 진정으로 리상적인 콘덴서가 없다.

지시선과 IC 패키지도 감전감을 더했다.낮은 효율의 직렬 전감을 가진 여러 개의 콘덴서를 사용하여 결합 제거 효과를 높일 수 있다.

EMC 와 관련된 많은 문제는 디지털 신호를 전송하는 케이블로 인해 발생합니다.이러한 케이블은 실제로 고효율 안테나 역할을 합니다.이상적으로 케이블에 들어오는 전류는 반대편에서 흘러나오지만 실제로는 기생 용량과 전기 감각이 방사능 문제를 일으킬 수 있다.

쌍교선의 사용은 결합 문제를 최소화하고 감지 자기장을 제거하는 데 도움이 됩니다.리본 케이블을 사용하는 경우 여러 접지 회로를 제공해야 합니다.고주파 신호의 경우 차폐 케이블을 사용하고 케이블의 머리와 꼬리에 접지 차폐를 연결해야 합니다.

차폐는 방사파의 E장과 H장을 약화시켜 EMI를 줄이는 폐쇄된 전도성 용기다.지면에 연결할 수 있으며 부분적인 복사를 흡수하고 반사함으로써 링 안테나의 크기를 효과적으로 줄일 수 있습니다.이를 통해 차폐는 두 영역 사이의 칸막이로 사용되어 한 영역에서 다른 영역으로의 에너지 복사를 줄일 수도 있습니다.

마지막으로 차폐는 전기 솔루션이 아니라 EMC를 낮추는 기계적 방법입니다.금속 패키징 (전기 전도성 및/또는 자성 재료) 을 사용하여 시스템에서 EMI를 피할 수 있습니다.관련 요구 사항에 따라 차폐를 사용하여 전체 시스템 또는 일부 시스템을 덮어쓸 수 있습니다.