PCB 기술 - 고속 PCB 설계 가이드 8: PCB 안정성 설계

현재 전자기기는 인쇄회로기판을 주요 조립 방식으로 하는 각종 전자기기와 시스템에서 여전히 사용되고 있다.설사 회로원리도를 정확하게 설계하고 인쇄회로기판을 잘못 설계한다 하더라도 전자설비의 신뢰성에 불리한 영향을 미치게 된다는것을 실증하였다.예를 들어, 인쇄판의 두 가느다란 평행선이 가까이 있으면 신호 파형이 지연되고 전송선의 끝에 반사 노이즈가 발생합니다.따라서 인쇄회로기판을 설계할 때 정확한 방법을 채택하는 것에 주의해야 한다.

1. 지선 설계

전자 설비에서 접지는 방해를 제어하는 중요한 방법이다.접지와 차폐가 올바르게 결합되면 대부분의 간섭 문제가 해결될 수 있다.전자 기기의 접지 구조는 크게 시스템 접지, 섀시 접지 (차폐 접지), 디지털 접지 (논리적 접지), 아날로그 접지를 포함한다.지선 설계는 다음 사항에 유의해야 합니다.

1. 단일 접지와 다중 접지를 정확하게 선택한다.

저주파 회로에서 신호의 작업 주파수는 1MHz보다 작고, 그 접선과 설비 사이의 전기 감지 영향은 비교적 작으며, 접지 회로로 형성된 환류는 교란에 대한 영향이 비교적 크기 때문에 약간의 접지를 채택해야 한다.신호 작동 주파수가 10MHz보다 크면 지선 임피던스가 매우 커집니다.이 경우 지선 임피던스를 최소화하고 가장 가까운 여러 점을 사용하여 접지해야 합니다.작동 주파수가 1ï½10MHz일 경우 약간의 접지를 사용하는 경우 지선의 길이가 파장의 1/20을 초과하지 않아야 하며 그렇지 않을 경우 다중 접지 방식을 사용해야 합니다.

2. 디지털 회로와 아날로그 회로를 분리한다.

회로 기판에는 고속 논리 회로도 있고 선형 회로도 있다.그것들은 가능한 한 분리되어야 하며, 둘의 지선은 혼합되어서는 안 되며, 전원 단자의 지선에 연결되어야 한다.가능한 한 선형 회로의 접지 면적을 늘리다.

3. 접지선을 최대한 굵게 만들기;

접지선이 매우 가늘면 전류의 변화에 따라 접지 전위가 변하여 전자 설비의 타이밍 신호 레벨이 불안정하고 소음 방지 성능이 악화된다.따라서 인쇄 회로 기판의 허용 전류를 통과할 수 있도록 접지선은 가능한 한 두꺼워야 합니다.가능하면 접지선의 너비가 3mm보다 커야 합니다.

4. 접지선을 폐쇄회로로 만든다.

디지털 회로로만 구성된 인쇄회로기판의 지선 시스템을 설계할 때 지선을 폐쇄 고리로 만들면 소음 방지 능력을 현저하게 향상시킬 수 있다.그 이유는 인쇄회로기판에 집적회로 소자가 많기 때문인데, 특히 전력 소모가 많은 소자가 있을 때 지선 두께의 제한으로 접지매듭에 큰 전세차가 발생하여 소음 방지 능력이 떨어지게 된다. 접지구조가 회로를 형성하면전세차가 줄어들고 전자기기의 소음 방지 능력이 향상될 것이다.

2. 전자기 호환성 설계

전자기 호환성이란 전자기기가 각종 전자기 환경에서 조화롭고 효과적으로 작동하는 능력을 말한다.전자기 호환성 설계의 목적은 전자 설비가 각종 외부 간섭을 억제하고 전자 설비가 특정한 전자기 환경에서 정상적으로 작동하도록 하는 동시에 전자 설비 자체가 다른 전자 설비에 대한 전자기 간섭을 줄이는 것이다.

1. 합리적인 도선 폭을 선택한다.순식간 전류가 인쇄선로에 미치는 충격 간섭은 주로 인쇄선로의 전감에 의해 발생하기 때문에 인쇄선로의 감응을 최대한 줄여야 한다.인쇄 도선의 전감은 그 길이와 정비례하고 너비와 반비례하기 때문에 짧고 정확한 도선은 방해를 억제하는 데 유리하다.클럭 지시선, 라인 드라이브 또는 버스 드라이브의 신호선은 일반적으로 큰 순간적 전류를 가지고 있으며 인쇄 도선은 가능한 한 짧아야 합니다.분리된 소자 회로의 경우, 인쇄선의 너비는 약 1.5mm로 요구를 충분히 만족시킬 수 있다;집적회로의 경우 인쇄선의 너비는 0.2mm에서 1.0mm 사이에서 선택할 수 있습니다.

2. 정확한 배선 전략을 채택하여 같은 배선을 사용하면 도선의 감각을 낮출 수 있지만 도선 사이의 상호 감각과 분포 용량은 증가할 수 있다.배치에 허용되는 경우 십자형 메쉬 구조를 사용하여 경로설정하는 것이 좋습니다.구체적인 방법은 인쇄판의 한쪽이 수평이라는 것이다.경로설정할 때 반대쪽 면을 수직으로 경로설정한 다음 금속화 구멍을 사용하여 교차 구멍에 연결합니다.인쇄회로기판 도체 간의 교란을 억제하기 위해서는 배선을 설계할 때 장거리 등 배선을 최대한 피하고 배선 사이의 거리를 최대한 연장하며 신호선을 지선과 전원선과 교차시키지 말아야 한다.간섭에 매우 민감한 일부 신호선 사이에 접지를 설치하는 인쇄선은 직렬 간섭을 효과적으로 억제할 수 있다.

고주파 신호가 인쇄 회로를 통과할 때 전자 복사가 발생하지 않도록 인쇄 회로 기판을 경로설정할 때 다음 사항에 유의하십시오.

. 와이어의 너비가 갑자기 변경되지 않도록 인쇄된 와이어의 불연속성을 최소화하고 와이어의 코너가 90도 이상이어야 매듭을 방지할 수 있습니다.

시계 신호 지시선은 전자기 복사 방해를 일으킬 가능성이 가장 높다.경로설정할 때 컨덕터는 접지 회로에 가깝고 드라이브는 커넥터에 가까워야 합니다.

버스 운전사는 운전할 버스에 접근해야 한다.인쇄 회로 기판을 벗어난 컨덕터의 경우 드라이브는 커넥터 옆에 있어야 합니다.

. 데이터 버스의 경로설정은 각 두 신호선 사이에 신호 지선을 끼워야 합니다.후자는 일반적으로 고주파 전류를 가지고 있기 때문에 접지 회로를 가장 중요하지 않은 주소 지시선 옆에 두는 것이 좋습니다.

.인쇄회로기판에 고속, 중속 및 저속 논리회로를 배치할 때 설비는 그림1과 같은 방식으로 배치해야 한다.

3.반사 간섭을 억제인쇄선로 끝에 나타나는 반사 간섭을 억제하기 위해서는 특수한 수요 외에 인쇄선로의 길이를 가능한 한 단축하고 느린 회로를 사용해야 한다.필요한 경우 단자 일치를 추가할 수 있습니다. 즉, 전송선의 끝부분에 동일한 저항의 일치 저항기를 추가하여 접지와 전원 단자를 연결할 수 있습니다.경험에 따르면 일반적으로 빠른 TTL 회로의 경우 인쇄 회로의 길이가 10cm를 초과하면 단자 일치 조치를 취해야합니다.일치하는 저항기의 저항 값은 집적 회로의 출력 구동 전류와 흡수 전류의 최대 값에 따라 결정됩니다.

3. 디커플링 콘덴서 구성

DC 전원 회로에서 부하의 변화는 전원 소음을 일으킬 수 있습니다.예를 들어, 디지털 회로에서 회로가 한 상태에서 다른 상태로 바뀌면 전원 코드에서 큰 피크 전류가 발생하여 순간적 노이즈 전압이 형성됩니다.디커플링 콘덴서의 구성은 인쇄회로기판의 신뢰성 설계에서 흔히 볼 수 있는 방법으로 부하 변화로 인한 소음을 억제할 수 있다.구성 지침은 다음과 같습니다.

. 전원 입력부에 10-100uF의 전해 콘덴서를 연결합니다.인쇄회로기판의 위치가 허용되면 100uF 이상의 전해콘덴서를 사용하는 것이 방해에 더 잘 견딜 수 있다.

. 각 집적 회로 칩에 0.01uF의 세라믹 콘덴서를 구성합니다.인쇄 회로 기판의 공간이 작고 설치할 수 없는 경우 4~10개의 칩당 1-10uF 탄탈럼 전해질 콘덴서를 구성할 수 있습니다.이 장치의 고주파 임피던스는 500kHz-20MHz 범위에서 1보다 작고 특히 작습니다.또한 누출 전류는 0.5uA 미만으로 매우 작습니다.

꺼지는 동안 약한 소음 및 큰 전류 변화가 있는 장치와 ROM 및 RAM과 같은 스토리지 장치의 경우 칩의 전원 코드 (Vcc) 와 바닥 (GND) 사이에 디커플링 콘덴서를 직접 연결해야 합니다.

. 디커플링 콘덴서의 지시선은 너무 길어서는 안 된다. 특히 고주파 바이패스 콘덴서.

넷째, 인쇄회로기판의 크기와 설비의 배치

인쇄회로기판의 크기는 적당해야 한다.너무 크면 인쇄 회선이 길고 임피던스가 증가하여 소음 저항을 줄일 뿐만 아니라 비용도 증가합니다.

다른 논리 회로와 마찬가지로 서로 관련된 부품은 가능한 한 가까이 배치해야 소음 방지 효과를 높일 수 있습니다.그림 2와 같습니다.시간 발생기, 트랜지스터 발진기 및 CPU의 클럭 입력은 노이즈가 발생하기 쉽기 때문에 서로 더 가까워야 합니다.매우 중요한 것은 소음에 취약한 부품, 저전류 회로 및 고전류 회로가 논리 회로에서 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 한다는 것입니다.가능하면 별도의 회로 기판을 만들어야 합니다.이 점은 매우 중요하다.

5. 열공 설계

열을 방출하는 데 유리한 각도에서 볼 때, 인쇄판은 직립으로 설치하는 것이 가장 좋으며, 판과 판 사이의 거리는 2센티미터 미만이어서는 안 되며, 인쇄판의 설비의 배치는 일정한 규칙을 따라야 한다:

– 그림 3과 같이 자유 대류 공기 냉각을 사용하는 장치의 경우 집적회로 (또는 기타 장치) 를 세로로 배치하는 것이 좋습니다.강제 공기 냉각을 사용하는 장치의 경우 그림 4와 같이 집적 회로 (또는 기타 장치) 를 수평으로 정렬하는 것이 좋습니다.

– 동일한 인쇄판의 장치는 열량과 발열 정도에 따라 가능한 한 배열되어야 합니다.열값이 낮거나 내열성이 떨어지는 장비 (예: 소형 신호 트랜지스터, 소형 집적회로, 전해 콘덴서 등) 는 냉각해야 한다. 기류의 상단 (입구) 에는 내열성이나 내열성이 큰 장비 (예: 전력 트랜지스터, 대형 집적회로 등) 가 냉각 기류의 최하류에 배치되어야 한다.

– 수평 방향에서 고출력 부품은 가능한 한 인쇄판의 가장자리에 접근하여 전열 경로를 단축해야 한다;수직 방향에서 고출력 장치는 가능한 한 인쇄판의 상단에 접근하여 다른 장치가 작동할 때의 온도를 낮춰야 한다.영향

– 온도 민감 장치는 가장 낮은 온도 영역 (예: 장치의 아래쪽) 에 두는 것이 좋습니다.가열 장치 위에 직접 배치하지 마십시오.수평면에서 여러 장치를 분리하는 것이 좋습니다.

– 설비에서 인쇄회로기판의 발열은 주로 기류에 의존하므로 설계할 때 기류경로를 연구하고 설비나 인쇄회로기판을 합리적으로 배치해야 한다.공기가 흐를 때, 그것은 항상 저항력이 낮은 곳에서 흐르는 경향이 있기 때문에, 인쇄회로기판에 설비를 배치할 때, 어떤 구역에 큰 공역을 남기는 것을 피한다.전체 기기의 여러 인쇄회로기판 배치도 같은 문제에 주의해야 한다.

대량의 실천경험이 보여주다싶이 합리적인 부품배치를 채용하면 인쇄회로의 온도상승을 효과적으로 낮출수 있으며 부품과 설비의 고장률을 뚜렷이 낮출수 있다.

이상은 인쇄회로기판의 신뢰성 설계의 일부 일반적인 원칙일 뿐이다.인쇄회로기판의 신뢰성은 특정 회로와 밀접한 관련이 있다.특정 회로에 따라 인쇄를 최대한 보장하도록 설계할 필요가 없습니다.회로 기판의 신뢰성.

6. 제품 간섭 억제 방안

1 접지

1.1 설비 신호지

목적: 장치의 모든 신호에 공통 참조 전세를 제공합니다.

방법: 설비의 신호 접지 시스템은 금속판일 수 있다.

1.2 기본 신호 접지 방식

신호 접지에는 세 가지 기본 방식이 있다: 부접지, 단일 접지, 다중 접지.

1.2.1 부동 접지 용도: 회로나 설비를 순환 전류를 일으킬 수 있는 공공 접지선과 분리한다.부동 접지도 서로 다른 전위의 회로 간의 조화를 쉽게 한다.단점: 정전기가 쉽게 축적되어 강한 정전기 방전을 일으킨다.절충적인 해결 방안: 방류 저항기를 연결한다.

1.2.2 단일 접지: 선로에 하나의 물리적 점만 접지 참고점으로 정의되고 모든 접지는 여기서 연결해야 한다.단점: 고주파 장소에 적합하지 않습니다.

1.2.3 다중 접지 방식: 접지가 필요한 모든 점은 가장 가까운 접지 평면에 직접 연결하여 접지선의 길이를 가장 짧게 한다.단점: 수리가 까다롭다.

1.2.4 혼합 접지는 필요에 따라 단일 및 다중 접지를 선택합니다.

1.3 신호 접지선의 처리 (접속)

접합은 두 금속점 사이에 저임피던스 경로를 설정하는 것입니다.

직간접적으로 겹치는 방법이 있습니다.

어떤 동그라미 속도든 가장 중요한 것은 좋은 동그라미 속도를 강조하는 것이다.

1.4 장치 접지 (접지)

설비는 대지와 연결되어 있으며 대지를 참고점으로 하며, 목적은 다음과 같다.

1) 설비의 안전한 접지 실현

2) 장비 내부의 방전을 방지하기 위해 섀시에 누적된 전하를 배출합니다.

3) 고접합 설비의 작업 안정성은 설비가 외부 전자기 환경의 작용하에 지전위에 대한 변화를 피한다.

1.5 접지와 접지 저항을 견인하는 방법 접지봉.

1.6 전기 설비의 접지

2 차폐

2.1 전장 차폐

2.1.1 전장 차폐의 기계적 분포식 용량 간의 결합 처리 방법:

1) A와 B 사이의 거리를 늘립니다.

2) B는 가능한 한 마루에 접근한다.

3) a와 B 사이에 금속 덮개를 삽입한다.

2.1.2 전장 차폐 설계 요점:

1) 차폐판은 보호된 물체를 제어하도록 프로그래밍된다.차폐판은 반드시 잘 접지해야 한다.

2) 베젤 모양에 주의하십시오.

3) 차폐판은 양호한 도체여야 하며 두께를 요구하지 않고 강도가 충분해야 한다.

2.2 자기장 차폐

2.2.1 자기장 차단 메커니즘

높은 자기 전도도 재료의 낮은 자기 저항은 자기 회로의 역할을 하여 차폐 중의 자기장을 크게 낮춘다.

2.2.2 자기장 차폐 설계 요점

1) 고침투성 소재를 사용한다.

2) 보호대의 벽 두께를 증가시킵니다.

3) 차단된 물체는 차단체에 접근하지 말아야 한다.

4) 구조 설계에 유의하십시오.

5) 이중 마그네틱 차폐를 강력하게 사용하는 데 사용됩니다.

2.3 전자기장 차폐 기능

1) 표면의 반사.

2) 내부의 흡수를 차단한다.

2.3.2 전자기 차단에 대한 재료의 영향

2.4 실제 전자기 차폐체

7. 제품 내부 전자기 호환성 설계

1 인쇄회로기판 설계에서의 전자기 호환성

1.1 인쇄회로기판에서 흔히 볼 수 있는 임피던스 결합 문제의 디지털 접지와 아날로그 접지가 분리되고 지선이 넓어진다.

1.2 인쇄회로기판의 배치

★» 고속, 중속 및 저속을 혼합할 때 서로 다른 레이아웃 영역에 주의하십시오.

– 낮은 아날로그 회로와 디지털 논리를 분리할 필요가 있습니다.

1.3 인쇄회로기판 케이블 연결 (단면 또는 양면)

» 전용 0볼트 케이블, 전원 케이블의 케이블 연결 폭은 ★ 인민폐 1mm입니다.

전원 코드와 바닥 케이블은 가능한 한 가까이에 있으며 전체 인쇄판의 전원 및 바닥 케이블은 와이어 전류의 균형을 맞추기 위해 "우물" 형태로 분포되어야합니다.

아날로그 회로에 전문적인 0볼트 회선을 제공할 필요가 있다.

» 회선 간의 간섭을 줄이기 위해 필요한 경우 인쇄 회선 사이의 거리를 늘릴 수 있으며 일부 0볼트 회선을 회선 사이의 격리로 삽입해야 한다.

인쇄회로의 플러그도 더 많은 0볼트 전선을 배치하여 전선 사이의 격리로 삼아야 한다.

– 특히 전류에서 컨덕터 회로의 크기에 주의하십시오.

가능하면 전송 중에 발생할 수 있는 간섭 요소를 제거하기 위해 제어선의 입구(인쇄판)에 R-C 디커플링을 추가합니다.

플롯 호의 선가중치를 갑자기 변경하거나 와이어를 갑자기 각도로 변경해서는 안 됩니다 (☎ 90 ℃).

1.4 인쇄회로기판에 논리회로를 사용하는 유익한 권장 사항

– 고속 논리 회로를 사용할 수 있는 사람은 필요 없습니다.

전원 공급 장치와 접지 사이에 디커플링 콘덴서를 추가합니다.

장거리 회로 전송 중의 파형이 왜곡되지 않도록 주의해라.

– R-S 트리거를 버튼과 전자 회로 간의 조화로운 버퍼로 사용합니다.

1.4.1 논리 회로 작동 시 도입된 전원 코드 간섭 및 억제 방법

1.4.2 논리 회로 출력 파형의 전송 오류

1.4.3 버튼 조작과 전자 회로 작업의 조화

1.5 인쇄회로기판의 상호 연결은 주로 선로 간의 교란이고 영향 요소는 다음과 같다.

– » 직각 경로설정

– 차폐선

임피던스 일치

– 장기 운전

2 스위치 전원 설계의 전자기 호환성

2.1 스위치 전원 공급 장치의 전력망 연결 방해와 억제

괴롭힘 출처:

1. 비선형 흐름.

2. 전원 입력단 초급 회로에서 출력 트랜지스터 케이스와 라디에이터 사이의 복사 결합으로 발생하는 전도 공통모드 소음.

억제 방법:

1."미세조정" 스위치 전압 파형.

2. 트랜지스터와 라디에이터 사이에 차폐층이 있는 절연 개스킷을 설치한다.

3. 전원 입력 회로에 전원 필터를 추가합니다.

2.2 스위치 전원의 복사 방해와 억제

방사선 교란과 억제에 주의하다

억제 방법:

1. 가능한 한 루프 면적을 줄인다.

2. 인쇄회로기판의 양부하 전류 도체의 배치.

3. 이차선 정류 회로에서 소프트 복구 다이오드를 사용하거나 폴리에스테르 필름 콘덴서와 다이오드를 병렬한다.

4.마이크로 트랜지스터 스위치 파형.

2.3 출력 소음 감소 원인은 다이오드 역방향 전류

급격한 변화와 회로 분포 전감.다이오드 접합 용량은 고주파 감쇠 진동을 형성하며, 필터 용량의 등효 직렬 전감은 필터 효과를 약화시킨다.따라서 출력파의 최고봉 간섭을 해결하는 방법은 작은 전감과 고주파 콘덴서를 추가하는 것이다.

3 기기 내부 연결

3.1 선로 간의 전자기 결합 및 억제 방법

자기장 결합:

1.간섭과 민감한 회로 루프 면적을 줄이는 가장 좋은 방법은 쌍교선과 차폐선을 사용하는 것이다.

2. 회선 사이의 거리를 늘린다 (상호 감각을 감소시킨다).

3.가능한 한 간섭원선과 감응선을 직각으로 연결한다.

커패시터 결합의 경우:

1. 선과 선 사이의 거리를 늘린다.

2. 차폐층 접지.

3. 민감한 회선의 입력 저항을 낮춘다.

4. 민감한 회로에서 균형 회로를 입력으로 사용할 수 있다면 균형 회로 고유의 공통 모드 억제 능력을 이용하여 간섭원이 민감한 회로에 대한 간섭을 극복한다.

3.2 일반 연결 방법:

전력 분류에 따라 서로 다른 종류의 전선은 분리하여 묶어야 하며, 분리된 하네스 사이의 거리는 50~75mm여야 한다.

4 차폐 케이블의 접지

4.1 일반 케이블

– 쌍교선은 100KHz 이하에서 사용할 때 매우 효과적이며 특성 임피던스가 고르지 않고 고주파에서 발생하는 파형 반사로 인해 제한됩니다.

– 차폐 쌍교선을 사용하여 신호 전류가 두 내부 도선에서 흐르고 소음 전류가 차폐층에서 흐르기 때문에 공용 임피던스의 결합을 제거하고 모든 간섭이 두 도선에 동시에 감지되어 소음을 제거합니다.

– 비차폐 쌍교선은 정전기 결합에 약하다.그러나 그것은 여전히 자기장 감응을 방지하는 데 좋은 효과가 있다.비차폐 쌍교선의 차폐 효과는 단위 길이 도선의 교합수와 정비례한다.

» 동축 케이블은 더 균일한 특성 임피던스와 더 낮은 손실을 가지고 있기 때문에 실제 전류에서 매우 높은 주파수까지 더 좋은 특성을 가지고 있다.

– 차폐 밴드 케이블이 없습니다.

가장 좋은 연결 방법은 신호와 접지 사이를 교체하는 것이다.두 번째 방법은 하나의 접지, 두 개의 신호와 하나의 접지, 이런 식으로 유추하거나 전용 접지 평면이다.

4.2 케이블 차폐층의 접지

간단히 말해서, 직접 부하를 접지하는 방법은 적합하지 않다. 왜냐하면 양쪽 끝의 접지의 차폐층은 자기 감지 접지 회로 전류에 분류기를 제공하여 자기장 차폐 성능을 떨어뜨리기 때문이다.

4.3 케이블의 끝 연결 방법

수요가 높은 경우 내부 도체에 완전한 360 ° 패키지를 제공하고 동축 커넥터를 사용하여 전장 차폐의 무결성을 확보해야 한다.

5 정전기 방지

정전기 방전은 세 가지 방식으로 전자 회로에 들어갈 수 있다: 직접 전도, 용량 결합, 전감 결합.

회로에 직접 정전기 방전을 하면 일반적으로 회로에 손상을 줄 수 있다.용량이나 전감 결합을 통해 인접한 물체에 방전하면 회로의 안정성에 영향을 줄 수 있다.

보호 방법:

1.완전한 차폐 구조를 구축한다.접지가 있는 금속 차폐 케이스는 방전 전류를 접지로 방출할 수 있다.

2. 금속 케이스의 접지는 케이스의 전위 상승을 제한하고 내부 회로와 케이스 사이의 방전을 일으킬 수 있다.

3. 내부 회로를 금속 케이스에 연결하려면 단일 접지를 사용하여 방전 전류가 내부 회로를 통과하는 것을 방지해야 한다.

4. 케이블 입구에 보호 장치를 추가한다.

5. 인쇄판의 입구에 보호 고리를 추가한다(이 고리는 접지 단자와 연결된다).