Berita PCB - Rancangan wayar berdasarkan teknologi kompatibilitas elektromagnetik

Kaedah PCB pembatalan litar berbilang lapisan berdasarkan teknologi kompatibiliti elektromagnetik Kompatibiliti elektromagnetik (Compatibility Electro-Magnetic, EMC untuk pendek) adalah disiplin komprensif yang muncul, yang terutama mempelajari gangguan elektromagnetik dan masalah anti-gangguan. Kompatibiliti elektromagnetik bermakna bahawa peralatan atau sistem elektronik tidak mengurangi indeks prestasi disebabkan gangguan elektromagnetik di bawah aras persekitaran elektromagnetik tertentu, dan radiasi elektromagnetik yang dijana oleh mereka tidak lebih besar daripada aras had terbatas, dan tidak mempengaruhi operasi normal sistem lain. Dan mencapai tujuan untuk tidak mengganggu antara peralatan dan peralatan, sistem dan sistem, dan bekerja bersama dengan cara yang dipercayai. Interferensi elektromagnetik (EMI) disebabkan oleh sumber gangguan elektromagnetik yang menghantar tenaga ke sistem sensitif melalui laluan sambungan. Ia termasuk tiga bentuk asas: kondukti dengan wayar dan wayar tanah awam, dan melalui radiasi angkasa atau sambungan lapangan dekat. Praktik telah membuktikan bahawa walaupun skema sirkuit dirancang dengan betul dan papan sirkuit cetak tidak dirancang dengan betul, ia akan mempunyai kesan negatif pada kepercayaan peralatan elektronik. Oleh itu, memastikan kompatibilitas elektromagnetik papan sirkuit dicetak adalah kunci untuk keseluruhan reka sistem. Artikel ini terutama membincangkan teknologi kompatibilitas elektromagnetik dan aplikasinya dalam papan sirkuit cetak berbilang lapisan (Papan Sirkuit Cetak, PCB untuk pendek). Artikel ini ditutup dari Shenzhen Honglijie Electronics!

Papan PCB adalah sokongan komponen sirkuit dan peranti dalam produk elektronik. Ia menyediakan sambungan elektrik antara komponen sirkuit dan peranti dan merupakan komponen paling asas pelbagai peralatan elektronik. Pada hari ini, sirkuit integrasi skala besar dan skala sangat besar telah digunakan secara luas dalam peralatan elektronik, dan ketepatan pemasangan komponen pada papan sirkuit cetak semakin tinggi dan lebih tinggi, dan kelajuan penghantaran isyarat semakin cepat dan lebih cepat. Masalah EMC telah menjadi semakin terkenal. PCB mempunyai papan satu sisi (papan satu lapisan), papan dua sisi (papan dua lapisan) dan papan berbilang lapisan. Panel tunggal dan ganda biasanya digunakan untuk sirkuit wayar padat rendah dan tengah dan sirkuit integrasi rendah, dan papan berbilang lapisan menggunakan wayar padat tinggi dan sirkuit integrasi tinggi. Dari perspektif kompatibilitas elektromagnetik, papan satu sisi dan dua sisi tidak sesuai untuk sirkuit kelajuan tinggi. Kabel satu sisi dan dua sisi tidak dapat lagi memenuhi keperluan sirkuit prestasi tinggi. Pembangunan sirkuit kabel berbilang lapisan memberikan kemungkinan untuk menyelesaikan masalah di atas. Aplikasi semakin luas.

1 Karakteristik kabel berbilang lapisan

PCB terdiri dari bahan dielektrik organik dan tidak organik dengan struktur berbilang lapisan. Sambungan antara lapisan disedari melalui lubang. Lubang melalui dilapis atau dipenuhi dengan bahan logam untuk menyadari kondukti isyarat elektrik antara lapisan. Alasan mengapa kabel berbilang lapisan telah digunakan secara luas mempunyai ciri-ciri berikut:

(1) Lapisan kuasa dan lapisan pendaratan ditugaskan disediakan dalam papan berbilang lapisan. Lapisan kuasa boleh digunakan sebagai gelung bunyi untuk mengurangi gangguan; pada masa yang sama, lapisan kuasa juga menyediakan loop untuk semua isyarat dalam sistem untuk menghapuskan gangguan sambungan impedance umum. Kurangkan penghalang garis bekalan kuasa, dengan itu mengurangi gangguan penghalang umum.

(2) Papan berbilang lapisan menggunakan lapisan pendaratan istimewa, dan terdapat wayar pendaratan istimewa untuk semua garis isyarat. Karakteristik garis isyarat: impedance yang stabil dan pemadaman mudah, mengurangi penyelesaian bentuk gelombang disebabkan oleh refleksi; pada masa yang sama, penggunaan lapisan tanah istimewa meningkatkan kapasitas yang disebarkan antara garis isyarat dan garis tanah dan mengurangkan salib bercakap.

2 Design laminated of printed circuit board

2.1 peraturan kabel PCB

Analisis kompatibilitas elektromagnetik papan sirkuit berbilang lapisan boleh berdasarkan undang-undang Kirchhoff dan undang-undang Faraday untuk induksi elektromagnetik. Menurut undang-undang Kirchhoff, mana-mana isyarat domain masa dari sumber ke muatan mesti mempunyai laluan dengan impedance terrendah.

PCB dengan lapisan berbilang sering digunakan dalam sistem kelajuan tinggi, prestasi tinggi, di mana lapisan berbilang digunakan untuk kuasa semasa langsung (DC) atau pesawat rujukan tanah. Pesawat ini biasanya pesawat tegar tanpa sebarang bahagian, kerana terdapat lapisan yang cukup untuk kuasa atau tanah, jadi tidak perlu meletakkan tekanan DC berbeza pada lapisan yang sama. Lapisan ini akan digunakan sebagai laluan kembalian semasa bagi isyarat pada garis penghantaran disebelahnya. Membina laluan kembalian semasa yang rendah-impedance adalah tujuan EMC yang paling penting bagi lapisan pesawat ini.

Lapisan isyarat dibahagikan antara lapisan lapisan rujukan fizikal, dan ia boleh menjadi garis garis simetrik dan garis garis asinmetrik. Ambil papan 12 lapisan sebagai contoh untuk memperlihatkan struktur dan bentangan papan berbilang lapisan. Struktur lapisan adalah T-P-S-P-S-P-S-S-S-P-B, "T" adalah lapisan atas, "P" adalah lapisan lapisan rujukan, dan "S" adalah lapisan isyarat. "B" adalah lapisan bawah. Dari lapisan atas ke lapisan bawah adalah lapisan pertama, lapisan kedua, dan lapisan ke-12. Lapisan atas dan bawah digunakan sebagai pads untuk komponen. Isyarat tidak sepatutnya dihantar terlalu lama antara lapisan atas dan bawah untuk mengurangi radiasi langsung dari jejak. Garis isyarat tidak serasi sepatutnya diasingkan satu sama lain. Tujuan ini adalah untuk menghindari gangguan pasangan antara satu sama lain. Frekuensi tinggi dan frekuensi rendah, semasa tinggi dan semasa kecil, garis isyarat digital dan analog tidak serasi. Dalam bentangan komponen, komponen yang tidak serasi sepatutnya ditempatkan dalam kedudukan yang berbeza pada papan cetak. Bentangan garis isyarat masih diperlukan. Hati-hati untuk mengisolasi mereka. Perhatikan 3 isu berikut semasa merancang:

(1) Tentukan lapisan kapal rujukan mana akan mengandungi kawasan bekalan kuasa berbilang untuk voltas DC berbeza. Berasumsi bahawa lapisan ke-11 mempunyai voltaj DC berbilang, ia bermakna perancang mesti menjaga isyarat kelajuan tinggi sejauh mungkin dari lapisan ke-10 dan lapisan bawah, kerana arus kembali tidak boleh mengalir melalui lapisan rujukan di atas lapisan ke-10, dan kapasitor jahitan diperlukan. Lapisan 5, 7 dan 9 adalah lapisan isyarat untuk isyarat kelajuan tinggi. Jejak isyarat penting patut ditetapkan dalam satu arah sebanyak mungkin untuk optimumkan bilangan saluran jejak yang mungkin pada lapisan. Jejak isyarat yang disebarkan pada lapisan berbeza sepatutnya bertentangan satu sama lain, yang boleh mengurangkan gangguan sambungan medan elektrik dan magnetik antara garis. Lapisan ke-3 dan ke-7 boleh ditetapkan sebagai jejak "timur-barat", dan lapisan ke-5 dan ke-9 ditetapkan Jalan baris untuk "Utara dan Selatan". Lapisan kain penghala bergantung pada arah ia mencapai destinasi.

(2) Perubahan lapisan semasa laluan isyarat kelajuan tinggi, dan lapisan yang berbeza digunakan untuk laluan independen, untuk memastikan aliran semasa kembali dari pesawat rujukan ke pesawat rujukan baru jika perlu. Ini untuk mengurangkan kawasan loop isyarat dan mengurangkan mod berbeza loop radiasi semasa dan mod biasa radiasi semasa. Radiasi loop adalah proporsional dengan intensiti semasa dan kawasan loop. Sebenarnya, rancangan terbaik tidak memerlukan semasa kembali untuk mengubah pesawat rujukan, tetapi hanya berubah dari satu sisi pesawat rujukan ke yang lain. Contohnya, kombinasi lapisan isyarat boleh digunakan sebagai pasangan lapisan isyarat: lapisan 3 dan lapisan 5, lapisan 5 dan lapisan 7, lapisan 7 dan lapisan 9, yang membenarkan arah timur-barat dan arah utara-selatan untuk membentuk kombinasi kabel. Tetapi kombinasi lapisan 3 dan lapisan 9 tidak patut digunakan, kerana ini memerlukan arus kembali untuk mengalir dari lapisan 4 ke lapisan 8. Walaupun kondensator pemisah boleh ditempatkan dekat melalui, pada frekuensi tinggi, kondensator tidak berguna disebabkan kehadiran lead dan melalui inductance. Dan jenis kawat ini akan meningkatkan kawasan loop isyarat, yang tidak baik untuk mengurangi radiasi semasa.

(3) Pilih tekanan DC untuk lapisan kapal rujukan. Dalam contoh ini, disebabkan kelajuan tinggi pemprosesan isyarat di dalam pemproses, terdapat banyak bunyi pada pin rujukan kuasa/tanah. Oleh itu, ia sangat penting untuk menggunakan kondensator penyahpautan untuk menyediakan tegangan DC yang sama kepada pemproses, dan untuk menggunakan kondensator penyahpautan dengan sebaik mungkin. Cara terbaik untuk mengurangi induktan komponen ini adalah untuk menyambungkan jejak yang pendek dan lebar yang mungkin, dan untuk membuat botol yang pendek dan tebal yang mungkin.

Jika lapisan kedua ditentukan sebagai "tanah" dan lapisan keempat ditentukan sebagai bekalan kuasa pemproses, vias sepatutnya sebagai pendek yang mungkin dari lapisan atas di mana pemproses dan kondensator penyahpautan ditempatkan. Bahagian yang tersisa dari ruang yang memperluas ke lapisan bawah papan tidak mengandungi mana-mana arus penting, dan jarak pendek tidak mempunyai kesan antena. Jadual 1 senaraikan konfigurasi rujukan bagi bentangan desain yang ditangkap.

2.2 Peraturan 20-H dan peraturan 3-W

Dalam rekaan kompatibilitas elektromagnetik papan PCB berbilang lapisan, terdapat dua prinsip asas untuk menentukan jarak antara lapisan kuasa papan berbilang lapisan dan pinggir dan untuk menyelesaikan jarak antara garis dicetak: peraturan 20-H dan peraturan 3-W.

Prinsip 20-H: Kerana sambungan antara aliran magnetik, arus RF biasanya wujud di tepi pesawat kuasa. Sambungan antar-lapisan ini dipanggil kesan pinggir. Apabila logik digital kelajuan tinggi dan isyarat jam digunakan, pesawat kuasa akan berinteraksi satu sama lain. Berpasang semasa RF, seperti yang dipaparkan dalam Figur 1. Untuk mengurangi kesan ini, saiz fizikal pesawat kuasa sepatutnya sekurang-kurangnya 20H lebih kecil daripada saiz fizikal yang terdekat kepada pesawat tanah (H ialah jarak antara pesawat kuasa dan pesawat tanah). Kesan pinggir bekalan kuasa biasanya berlaku pada kira-kira 10H, 20H Bila kira-kira 10% aliran magnetik diblokir, jika anda mahu mencapai 98% aliran magnetik diblokir, anda perlukan nilai sempadan 100%, seperti yang dipaparkan dalam Figur 1. Peraturan 20-H menentukan jarak fizikal antara pesawat kuasa dan pesawat tanah terdekat. Jarak ini termasuk tebing tembaga, pra-mengisi, dan mengisolasi lapisan pemisahan. Penggunaan 20-H boleh meningkatkan frekuensi resonan PCB sendiri. Peraturan 3-W: Apabila jarak diantara dua garis dicetak kecil, percakapan salib elektromagnetik akan berlaku diantara dua garis, yang akan menyebabkan sirkuit berkaitan gagal berfungsi. Untuk mengelakkan gangguan ini, simpan sebarang jarak baris tidak kurang dari 3 kali lebar baris cetakan, iaitu, tidak kurang dari 3W (W ialah lebar baris cetak). Lebar baris dicetak bergantung pada keperluan impedance baris. Terlalu luas akan mempengaruhi ketepatan kawat, dan terlalu sempit akan mempengaruhi integriti dan kekuatan isyarat yang dihantar ke terminal. Kabel sirkuit jam, pasangan berbeza, dan port I/O adalah semua objek aplikasi asas prinsip 3-W. Prinsip 3-W hanya mewakili sempadan garis aliran elektromagnetik di mana tenaga salib mengurangi 70%. Jika keperluan lebih tinggi, seperti garis sempadan aliran elektromagnetik di mana penindasan tenaga bercakap salib dipermalukan dengan 98%, selang 10W mesti diadopsi.

2.3 pengaturan kawat tanah

Pertama-tama, kita mesti menetapkan konsep parameter yang disebarkan. Apabila frekuensi lebih tinggi daripada frekuensi tertentu, mana-mana wayar logam mesti dianggap sebagai peranti yang terdiri dari resistensi dan induktan. Oleh itu, pemimpin mendarat mempunyai impedance tertentu dan membentuk loop elektrik. Sama ada ia adalah pendaratan satu titik atau pendaratan berbilang titik, ia mesti bentuk loop impedance rendah untuk memasuki tanah sebenar atau rack. Garis cetak biasa dengan panjang 25mm akan menunjukkan sekitar 15-20nH induksi. Bersama dengan kehadiran kapasitas yang disebarkan, litar resonan akan membentuk antara plat tanah dan rak peralatan. Kedua, apabila arus tanah mengalir melalui garis tanah, ia akan menghasilkan kesan garis penghantaran dan kesan antena. Apabila panjang garis ialah 1/4 panjang gelombang, ia menunjukkan impedance tinggi, wayar mendarat sebenarnya adalah sirkuit terbuka, dan wayar mendarat menjadi antena radiasi ke luar sebaliknya. Akhirnya, plat mendarat dipenuhi dengan arus eddy yang terbentuk oleh arus frekuensi tinggi dan gangguan. Oleh itu, banyak gelung dibentuk antara titik dasar. Diameter loop ini (atau jarak diantara titik dasar) patut kurang dari 1/20 panjang gelombang frekuensi tertinggi. Pilih peranti yang betul adalah faktor penting untuk sukses desain. Terutama bila memilih peranti logik, cuba memilih peranti logik dengan masa naik lebih lama dari 5ns. Jangan pernah memilih peranti logik dengan masa yang lebih cepat daripada litar yang diperlukan.

2.4 Peraturan tali kuasa

Untuk papan-lapisan berbilang, struktur lapisan-lapisan bekalan kuasa digunakan untuk bekalan kuasa. Impedasi karakteristik struktur ini jauh lebih kecil daripada pasangan trek, yang boleh kurang dari 1Ω. Struktur ini mempunyai kapasitasi tertentu, dan tidak perlu menambah kapasitasi pemisahan frekuensi tinggi di sebelah setiap cip terintegrasi. Walaupun kapasitas kondensator lapisan tidak cukup, apabila kondensator penyahpautan luaran diperlukan, ia tidak patut ditambah di sebelah cip terintegrasi, tetapi boleh ditambah di mana-mana pada papan cetak. Pin kuasa dan pin tanah cip terintegrasi boleh disambung secara langsung ke lapisan kuasa dan lapisan tanah melalui metalisasi melalui lubang, jadi loop bekalan kuasa sentiasa paling kecil. Kerana prinsip "semasa sentiasa mengambil laluan paling kurang impedance", aliran kembali frekuensi tinggi di tanah sentiasa berjalan dekat dengan trek, kecuali ada pengendalian untuk menghalang tanah, jadi gelung isyarat sentiasa paling kecil. Ia boleh dilihat bahawa struktur lapisan-stratum kuasa mempunyai keuntungan layout sederhana dan fleksibel dan kompatibilitas elektromagnetik yang baik dibandingkan dengan bekalan kuasa trajektori.