PCB 기술 - PCB의 EMC 설계 최적화 방법

전기 시대의 발전에 따라 인류 생활 환경의 전자파 원천은 점점 더 많아지는데, 예를 들면 방송, 텔레비전, 마이크로파 통신, 가전제품, 공주파 전자장과 송전선로의 고주파 전자장이다.이러한 전자장의 장강이 일정한 한도를 초과하고 작용시간이 충분히 길면 인체의 건강을 해칠 수 있다;이와 동시에 그들은 기타 전자설비와 통신도 교란할수 있다.이 방면에서는 보호가 필요하다.전자기 간섭과 차폐의 개념은 전자제품의 개발, 생산, 사용 과정에서 자주 제기된다.전자제품은 정상 작동 시 PCB 보드와 그 위에 장착된 부품 간의 조정 작업 과정이 핵심이다. 전자제품의 성능 지표를 높여 전자기 교란의 영향을 줄이는 것이 중요하다.

1. PCB 보드 설계

인쇄회로기판(PCB)은 전자제품의 회로 소자와 부품을 지탱하는 것이다.회로 어셈블리와 장비 간의 전기 연결을 제공합니다.그것은 각종 전자 설비에서 가장 기본적인 부품이다.PCB 보드의 성능은 전자 장치의 품질과 성능에 직결됩니다.집적 회로, SMT 기술 및 마이크로 조립 기술의 발전에 따라 고밀도, 다기능 전자 제품이 점점 더 많아지면서 PCB 보드의 배선이 복잡하고 부품이 많으며 설치가 밀집되어 있기 때문에 불가피하게 그들 사이의 간섭을 초래할 수 있습니다.따라서 전자기 간섭을 억제하는 문제는 이미 전자 시스템이 정상적으로 작동할 수 있는지의 관건이 되었다.마찬가지로 전기기술의 발전에 따라 PCB의 밀도가 갈수록 높아지고있으며 PCB판설계의 질은 회로의 교란과 교란저항능력에 아주 큰 영향을 미치고있다.최적의 전자 회로 성능을 얻기 위해서는 컴포넌트 선택 및 회로 설계 외에도 좋은 PCB 보드 설계가 전자 호환성 (EMC) 에 매우 중요한 요소입니다.

1.1 합리적인 PCB 레이어 설계

회로의 복잡성에 따라 PCB의 층수를 합리적으로 선택하면 전자기 간섭을 효과적으로 줄일 수 있고, PCB의 크기 및 전류 회로와 분기 배선의 길이를 크게 줄일 수 있으며, 신호 간의 교차 간섭을 크게 줄일 수 있다.실험에 따르면 같은 재료를 사용할 때 4 층판의 소음은 2 층판보다 20dB 낮습니다.그러나 계층 수가 높을수록 제조 프로세스가 복잡해지고 제조 비용이 높아집니다.다중 레이어 PCB 보드 경로설정에서는 인접 레이어 간에 인접 레이어의 경로설정 방향이 서로 수직인 "우물" 형 메쉬 경로설정 구조를 사용하는 것이 좋습니다.예를 들어, PCB의 위쪽은 수평으로, 아래쪽은 수직으로 경로설정한 다음 구멍을 통해 연결합니다.

1.2 합리적인 PCB 보드 크기 설계

PCB 보드의 크기가 너무 크면 인쇄 컨덕터가 증가하고 임피던스가 증가하며 노이즈 방지 능력이 감소하고 장치의 부피가 증가하고 비용이 증가합니다.만약 크기가 너무 작고 열을 잘 방출하지 못한다면 린접해있는 선로는 쉽게 방해를 받게 된다.일반적으로 기계층 (mechanical layer) 은 물리적 프레임, 즉 PCB 보드의 외형 크기를 결정하며, Keeping layer (Keeping layer) 를 사용하여 배치와 배선의 유효 면적을 결정하는 것을 금지합니다.일반적으로 회로의 기능 단위 수, 집적 회로의 모든 구성 요소에 따라 PCB 보드의 가장 좋은 형태와 크기가 결정됩니다.일반적으로 직사각형을 사용하며 가로세로 비율은 3: 2입니다.회로 기판의 크기가 150mm*200mm보다 크면 PCB의 기계적 강도를 고려해야 합니다.

2. PCB 보드의 레이아웃

PCB 보드의 설계에서 전자 엔지니어는 밀도를 높이고, 공간을 적게 차지하고, 간단한 생산을 하거나, 아름답고 통일된 배치를 추구하는 데만 집중할 수 있으며, 회로 배치가 전자기 호환성에 미치는 영향을 무시하여 대량의 신호를 공간에 방사할 수 있다.상호 간섭이 이루어지다.나쁜 PCB 레이아웃은 이러한 문제를 제거하는 대신 전자기 호환성 (EMC) 문제를 더 많이 일으킬 수 있습니다.

전자 장치의 디지털 회로, 아날로그 회로 및 전원 회로는 컴포넌트 레이아웃과 케이블 연결 특성에 따라 간섭과 간섭을 억제하는 방법이 다릅니다.고주파와 저주파 회로의 주파수가 다르기 때문에, 그것들의 간섭과 간섭을 억제하는 방법도 다르다.따라서 컴포넌트 레이아웃에서 디지털 회로, 아날로그 회로 및 전원 회로를 분리하고 고주파 회로와 저주파 회로를 분리해야 합니다.가능하다면 개별적으로 분리하거나 개별적으로 PCB 보드를 만들어야합니다.레이아웃에서 강약 신호의 부품 분포와 신호 전송 방향에 특히 주의해야 한다.

2.1 PCB 보드 구성 요소 레이아웃

PCB 보드의 구성 요소 레이아웃은 다른 논리 회로와 동일하며, 상호 연관된 구성 요소는 가능한 한 가까이 있어야 잡음 방지 효과를 높일 수 있습니다.PCB 보드에서 컴포넌트의 위치는 전자기 간섭에 대한 문제를 충분히 고려해야 합니다.어셈블리 간의 지시선은 가능한 한 짧아야 한다는 원칙 중 하나입니다.레이아웃에서 아날로그 신호 부분, 고속 디지털 회로 부분과 소음원 부분 (예를 들어 계전기, 큰 전류 스위치 등) 은 합리적으로 분리하여 서로 간의 신호 결합을 최소화해야 한다.

클럭 발생기, 트랜지스터 발진기 및 CPU 클럭 입력 단자는 노이즈가 발생하기 쉽기 때문에 서로 더 가까워야 합니다.소음이 발생하기 쉬운 장치, 저전류 회로 및 고전류 회로는 논리 회로에서 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 합니다.가능하다면 다른 PCB 보드를 만들어야 합니다. 이것은 매우 중요합니다.

PCB 구성 요소의 전반적인 레이아웃 요구 사항: 회로 구성 요소와 신호 경로의 레이아웃은 불필요한 신호의 결합을 최소화해야합니다.

1) 저전압 신호 채널은 고전압 신호 채널과 필터링되지 않은 전원 코드에 접근할 수 없으며 순간적 프로세스가 발생할 수 있는 회로를 포함한다.

2) 저전압 아날로그 회로와 디지털 회로를 분리하여 아날로그 회로, 디지털 회로와 전원 공공 회로 사이의 공공 임피던스 결합을 피한다.

3) 높음, 중간, 저속 논리 회로는 PCB에서 서로 다른 영역이 필요합니다.

4) 회로를 배치할 때 신호선의 길이를 최소화해야 한다.

5) 인접 플레이트 간, 동일한 플레이트의 인접 레이어 간, 동일한 레이어의 인접 경로설정 사이에 평행 신호선이 너무 길지 않도록 합니다.

6) 전자기 간섭(EMI) 필터는 가능한 한 전자기 간섭원에 접근하여 동일한 회로 기판에 배치해야합니다.

2.2 PCB 보드 케이블 연결

PCB 보드는 수직 스택에 일련의 레이어, 케이블 연결 및 사전 침출 처리를 사용하는 다중 레이어 구조로 구성됩니다.다층 PCB 보드에서는 디버깅이 쉽도록 신호선이 가장 바깥쪽에 깔린다.

고주파 상황에서 PCB 판의 분포 감지와 분포 용량, 예를 들면 흔적선, 과공, 저항기, 콘덴서, 커넥터는 무시할 수 없다.저항은 고주파 신호의 반사와 흡수를 일으킬 수 있다.흔적선의 분포용량도 역할을 발휘할 것이다.흔적선의 길이가 소음주파수의 대응파장의 20분의 1보다 크면 안테나효과가 발생하고 흔적선을 통해 소음을 발사한다.

PCB 보드의 대부분의 연결은 구멍을 통해 이루어집니다.한 개의 구멍은 약 0.5pF의 분산 용량을 가져올 수 있으며 구멍의 수를 줄이면 속도가 크게 향상됩니다.

집적회로의 패키징 재료 자체는 2~6pF의 커패시터를 도입했다. PCB의 커넥터는 520nH의 분산 인덕션을 가지고 있다.듀얼 온라인 24핀 집적회로 소켓은 4-18nH의 분산 감지를 도입합니다.