Rancangan Elektronik - Analisi dan tindakan lawan gangguan dalam rancangan PCB frekuensi tinggi

Dalam rancangan papan PCB, dengan meningkat frekuensi cepat, banyak gangguan berbeza dari rancangan papan PCB frekuensi rendah akan muncul. Selain itu, semasa frekuensi meningkat, kontradiksi antara miniaturisasi dan biaya rendah papan PCB telah menjadi semakin terkenal. Pergangguan ini semakin kompleks. Dalam kajian sebenar, kita mengumpulkan, terdapat empat gangguan utama, termasuk bunyi bekalan kuasa, gangguan garis trasmis, sambungan, dan gangguan elektromagnetik (EMI). Melalui menganalisis pelbagai masalah gangguan PCB frekuensi tinggi, bergabung dengan latihan dalam kerja, satu penyelesaian yang efektif diusulkan.

1. Suara bekalan kuasa

Dalam sirkuit frekuensi tinggi, bunyi bekalan kuasa mempunyai pengaruh yang sangat jelas pada isyarat frekuensi tinggi. Oleh itu, keperluan pertama adalah bahawa bekalan kuasa adalah kebisingan rendah. Di sini, tanah bersih adalah sama penting seperti sumber kuasa bersih. Kenapa? Karakteristik kuasa dipaparkan seperti dalam Fig. 1. Jelas, bekalan kuasa mempunyai impedance tertentu, dan impedance dihantar pada seluruh bekalan kuasa, jadi bunyi juga akan ditolak pada bekalan kuasa. Kemudian kita perlu mengurangi kekurangan bekalan kuasa sebanyak yang mungkin, jadi lebih baik untuk mempunyai lapisan kuasa dan lapisan tanah. Dalam rancangan sirkuit frekuensi tinggi, bekalan kuasa dirancang dalam bentuk lapisan, dan dalam kebanyakan kes ia jauh lebih baik daripada rancangan dalam bentuk bas, sehingga loop sentiasa boleh mengikut laluan dengan paling sedikit impedance. Selain itu, papan kuasa perlu menyediakan gelung isyarat untuk semua isyarat yang dijana dan diterima pada PCB, sehingga gelung isyarat boleh diminumkan, dengan itu mengurangkan bunyi, yang sering diabaikan oleh perancang sirkuit frekuensi rendah.

Figur 1 Karakteristik bekalan kuasa

Ada beberapa cara untuk menghapuskan bunyi bekalan kuasa dalam rancangan PCB.

1. Pay attention to the through holes on the board: the through holes make the power layer need to etch openings to leave space for the through holes to pass through. Jika pembukaan lapisan kuasa terlalu besar, ia akan mempengaruhi gelung isyarat, isyarat dipaksa untuk mengelak, kawasan gelung meningkat, dan bunyi meningkat. Pada masa yang sama, jika beberapa garis isyarat berkonsentrasi dekat pembukaan dan berkongsi loop ini, impedance umum akan menyebabkan salib bercakap. seperti yang dipaparkan dalam gambar 2.

Figure 2 Laluan umum sirkuit isyarat bypass

2. Sambungan wayar memerlukan wayar tanah yang cukup: setiap isyarat perlu mempunyai loop isyarat proprietari sendiri, dan kawasan loop isyarat dan loop seharusnya sebanyak mungkin, iaitu, isyarat dan loop seharusnya selari.

3. Sumber kuasa bekalan kuasa analog dan digital patut dipisahkan: peranti frekuensi tinggi secara umum sangat sensitif kepada bunyi digital, jadi kedua-dua patut dipisahkan dan disambung bersama-sama pada pintu masuk bekalan kuasa. Jika isyarat perlu menyeberangi bahagian analog dan digital, ia boleh ditempatkan gelung pada menyeberang untuk mengurangi kawasan gelung. Salib antara digital dan analog yang digunakan dalam loop isyarat dipaparkan dalam Figur 3.

Figure 3 Crossover antara digital dan analog untuk loop isyarat

4. Lupakan penyelamatan bekalan kuasa terpisah antara lapisan yang berbeza: jika tidak bunyi sirkuit mudah dipasang melalui kapasitasi parasit.

5. Isolasikan komponen sensitif: seperti PLL.

6. Letakkan garis kuasa: Untuk mengurangkan gelung isyarat, mengurangkan bunyi dengan meletakkan garis kuasa pada pinggir garis isyarat, seperti yang dipaparkan dalam Figur 4.

Figur 4 Letakkan garis kuasa pada pinggir garis isyarat

2, garis penghantaran

Hanya ada dua garis penghantaran yang mungkin dalam PCB: garis garis garis dan garis microwave. Masalah terbesar garis penghantaran adalah refleksi. Refleksi akan menyebabkan banyak masalah. Contohnya, isyarat muatan akan menjadi superposisi isyarat asal dan isyarat echo, yang meningkatkan kesukaran analisis isyarat. ; Refleksi akan menyebabkan kehilangan kembalian (kehilangan kembalian), dan kesannya pada isyarat adalah sama serius seperti kesan gangguan bunyi aditif:

1. isyarat yang dikembalikan ke sumber isyarat akan meningkatkan bunyi sistem, membuat lebih sukar bagi penerima untuk membedakan bunyi dari isyarat;

2. Setiap isyarat terefleksikan akan mengurangi kualiti isyarat dan mengubah bentuk isyarat input. Dalam prinsip, penyelesaian adalah kebanyakan persamaan impedance (contohnya, impedance antara sambungan seharusnya sepadan dengan impedance sistem dengan baik), tetapi kadang-kadang pengiraan impedance adalah lebih masalah, anda boleh rujuk ke beberapa perisian pengiraan impedance garis trasmis.

Kaedah untuk menghapuskan gangguan garis penghantaran dalam rancangan PCB adalah seperti ini:

(A) Menghindari ketidakberhenti dalam penghalangan garis penghantaran. Titik di mana impedance berhenti adalah titik di mana garis transmisi mempunyai perubahan tiba-tiba, seperti sudut lurus, vias, dll., yang seharusnya dihindari sebanyak mungkin. Kaedah adalah: menghindari sudut lurus jejak, cuba untuk pergi ke sudut 45° atau lengkung, dan bengkok besar adalah baik-baik saja; gunakan sebanyak mungkin vial, kerana setiap melalui adalah titik penghentian impedance, seperti yang dipaparkan dalam Figur 5. Isyarat lapisan luar mengelakkan melalui lapisan dalaman, dan sebaliknya.

Gambar 5 Kaedah untuk menghapuskan gangguan garis penghantaran

(B) Jangan gunakan barang. Kerana mana-mana barang adalah sumber bunyi. Jika garis stub pendek, ia boleh dihentikan pada akhir garis penghantaran; jika garis stub panjang, garis transmisi utama akan digunakan sebagai sumber, yang akan menyebabkan refleksi besar dan rumit masalah, jadi ia tidak disarankan untuk menggunakannya.

Tiga, pasang

1. Sambungan impedance umum: Ia adalah saluran sambungan umum, iaitu sumber gangguan dan peranti terganggu sering berkongsi konduktor tertentu (seperti kuasa loop, bas, tanah umum, dll.), seperti yang dipaparkan dalam Figur 6.

Figure 6 Pemasangan impedance umum

Pada saluran ini, jatuh Ic menyebabkan tekanan mod-umum dalam loop semasa siri, yang mempengaruhi penerima.

2. Sambungan mod biasa medan akan menyebabkan sumber radiasi menyebabkan tenaga mod biasa pada loop yang terbentuk oleh sirkuit terganggu dan pesawat rujukan biasa. Jika medan magnet dominan, nilai bagi tensi mod umum yang dijana dalam loop bawah siri adalah Vcm=-(△B/△t)*kawasan (△B=perubahan dalam intensiti induksi magnetik). Jika ia adalah medan elektromagnetik, ia diketahui Apabila nilai medan elektrik, tensi induknya: Vcm=(L*h*F*E)/48, formula berlaku untuk L(m)=150MHz atau kurang, diluar had ini, pengiraan tensi induk maksimum boleh dipadamkan sebagai: Vcm= 2*h*E.

3. Sambungan medan mod berbeza: merujuk kepada radiasi langsung disebabkan dan diterima oleh pasangan wayar atau pemimpin pada papan sirkuit dan loopnya. Jika ia hampir mungkin kepada dua wayar. Pasangan ini akan dikurangkan, jadi dua wayar boleh diputar bersama-sama untuk mengurangi gangguan.

4. Sambungan antar-garis (crosstalk) boleh membuat mana-mana garis sama dengan sambungan tidak diinginkan antara sirkuit selari, yang akan merusak prestasi sistem. Jenis-jenisnya boleh dibahagi menjadi salib kapasitif dan salib induktif. Yang pertama adalah kerana kapasitas parasit antara garis membuat bunyi pada sumber bunyi yang disambung dengan garis penerima bunyi melalui suntikan semasa; yang terakhir boleh dianggap sebagai sambungan isyarat antara tahap utama dan sekunder pengubah parasit yang tidak diinginkan. Ukuran percakapan salib induktif bergantung pada kedekatan dua loop dan saiz kawasan loop, serta pengendalian muatan yang terkesan.

5. Pasangan garis kuasa: merujuk kepada bahawa selepas garis kuasa AC atau DC yang mengalami gangguan elektromagnetik, garis kuasa menghantar gangguan ini ke peranti lain.

Ada beberapa cara untuk menghapuskan percakapan salib dalam rancangan PCB:

1. Kedua-dua jenis pertukaran salib meningkat dengan meningkat penambahan muatan, jadi garis isyarat yang sensitif kepada gangguan disebabkan oleh pertukaran salib sepatutnya dihentikan dengan betul.

2. meningkatkan jarak antara garis isyarat sebanyak yang mungkin untuk mengurangi persimpangan kapasitif secara efektif. Lakukan pengurusan lapisan tanah, ruang diantara kawat (misalnya, mengisolasi garis isyarat aktif dan garis tanah, terutama diantara garis isyarat yang mempunyai keadaan dan tanah yang diubah) dan mengurangkan induktan lead.

3. Masukkan wayar tanah diantara wayar isyarat sebelah juga boleh mengurangkan persimpangan kapasitif secara efektif. Kabel tanah ini perlu disambung ke tanah setiap 1/4 panjang gelombang.

4. Untuk percakapan salib induktif, kawasan loop patut dikurangkan sebanyak yang mungkin, dan jika dibenarkan, loop ini patut dibuang.

5. Lupakan gelung berkongsi isyarat.

6. Fokus pada integriti isyarat: Penjana mesti laksanakan penghentian semasa proses penyeludupan untuk menyelesaikan integriti isyarat. Penjana yang mengadopsi kaedah ini boleh fokus pada panjang garis mikro foil tembaga melindungi untuk mendapatkan prestasi integriti isyarat yang baik. Untuk sistem yang menggunakan sambungan padat dalam struktur komunikasi, perancang boleh menggunakan PCB untuk penghentian.

4, gangguan elektromagnetik

Semasa kelajuan meningkat, EMI akan menjadi semakin serius dan muncul dalam banyak aspek (seperti gangguan elektromagnetik pada sambungan). Peranti kelajuan tinggi sangat sensitif kepada ini. Oleh itu, mereka akan menerima isyarat palsu kelajuan tinggi, sementara kelajuan rendah peranti akan mengabaikan isyarat palsu seperti itu.

Ada beberapa cara untuk menghapuskan gangguan elektromagnetik dalam rancangan PCB:

1. Kurangkan gelung: Setiap gelung sama dengan antena, jadi kita perlu minimumkan bilangan gelung, kawasan gelung dan kesan antena gelung. Pastikan isyarat hanya mempunyai satu laluan loop pada mana-mana dua titik, menghindari loop buatan, dan cuba untuk menggunakan lapisan kuasa.

2. Penapis: Penapis boleh digunakan untuk mengurangi EMI pada garis kuasa dan pada garis isyarat. Terdapat tiga kaedah: pemasangan kondensator, penapis EMI, dan komponen magnetik. Penapis EMI dipaparkan dalam Figur 7.

Gambar 7 Jenis penapis

3. Perisai. Sebab masalah ruang angkasa dan banyak artikel yang membincangkan penghalangan, saya tidak akan memperkenalkannya secara terperinci.

4. Cuba mengurangkan kelajuan peranti frekuensi tinggi.

5. Meningkatkan konstan dielektrik papan PCB boleh mencegah bahagian frekuensi tinggi seperti garis transmisi dekat papan daripada radiasi ke luar; meningkatkan tebal papan PCB dan mengurangi tebal garis microstrip boleh mencegah wayar elektromagnetik mengalir, dan ia juga boleh mencegah radiasi.

Pada titik ini perbincangan, kita boleh mengakhiri bahawa dalam rancangan PCB frekuensi tinggi, kita perlu mengikut prinsip berikut:

1. Kesatuan dan kestabilan bekalan tenaga dan tanah.

2. Kawalan berhati-hati dan penghentian yang tepat boleh menghapuskan refleksi.

3. Kawalan yang berhati-hati dan penghentian yang tepat boleh mengurangi persimpangan kapasitif dan induktif.

4. Perlu menekan bunyi untuk memenuhi keperluan EMC.