Data PCB - Rancangan Kawalan Papan PCB Berlapisan Kompatibel Elektromagnetik

Dalam papan sirkuit dicetak,it is very important to consider the electromagnetic compatibility (EMC) design in the circuit design stage. Mengambil papan 12 lapisan sebagai contoh, kaedah lapisan, peraturan kabel, bentangan garis tanah dan kuasa, dan kompatibilitas elektromagnetik. Kompatibiliti elektromagnetik adalah subjek komprensif yang muncul, yang terutama mempelajari gangguan elektromagnetik dan masalah anti-gangguan. Kompatibiliti elektromagnetik bermakna bahawa dibawah aras persekitaran elektromagnetik yang dinyatakan, the performance index of electronic equipment or systems will not be reduced due to electromagnetic interference, dan radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh mereka sendiri tidak lebih besar daripada aras had terbatas, yang tidak mempengaruhi operasi normal sistem lain. Dan untuk mencapai tujuan tidak mengganggu antara peralatan dan peralatan, sistem dan sistem, kerja biasa dan boleh dipercayai. Electromagnetic interference (EMI) is caused by the electromagnetic interference source transferring energy to the sensitive system through the coupling path. Ia termasuk tiga bentuk asas: kondukti dengan wayar dan tanah umum, radiasi ruang atau sambungan medan dekat. Praktik telah membuktikan bahawa walaupun rancangan skematik sirkuit adalah betul dan papan sirkuit dicetak tidak direka dengan betul, ia akan mempengaruhi kecerdasan peralatan elektronik. Oleh itu, memastikan kompatibilitas elektromagnetik papan sirkuit dicetak adalah kunci bagi seluruh reka sistem. Artikel ini terutama membincangkan kompatibilitas elektromagnetik. Teknologi dan aplikasinya dalam desain pelbagai lapisan papan sirkuit dicetak.

The Papan PCB adalah sokongan komponen sirkuit dan peranti dalam produk elektronik. Ia menyediakan sambungan elektrik antara komponen sirkuit dan peranti, dan merupakan komponen asas pelbagai peranti elektronik. Nowadays, sirkuit integrasi skala besar dan skala besar telah digunakan secara luas dalam peralatan elektronik, dan ketepatan pemasangan komponen pada papan sirkuit dicetak semakin tinggi, and the transmission speed of signals is getting faster and faster. Masalah EMC juga semakin terungkap. Papan PCBs are divided into single-sided (single-layer boards), double-sided (double-layer boards) and multi-layer boards. Papan sisi tunggal dan sisi dua biasanya digunakan untuk sirkuit wayar dan sirkuit kabel dengan densiti rendah dan tengah dengan integrasi rendah, dan papan berbilang lapisan menggunakan wayar dan sirkuit yang tinggi dengan integrasi tinggi. Dari perspektif kompatibilitas elektromagnetik, sirkuit satu sisi dan dua sisi tidak sesuai untuk sirkuit kelajuan tinggi, dan kawat satu sisi dan dua sisi tidak dapat lagi memenuhi keperluan sirkuit prestasi tinggi, dan pembangunan sirkuit kabel berbilang lapisan memberikan kemungkinan untuk menyelesaikan masalah di atas. Aplikasi semakin menyebar.

1. Characteristics of multi-layer wiring
The Papan PCB terdiri dari bahan dielektrik organik dan tidak organik dengan struktur berbilang lapisan. Sambungan antara lapisan dicapai melalui vias, dan kondukti isyarat elektrik diantara lapisan boleh dicapai dengan meletakkan atau mengisi botol dengan bahan logam. The reason why multi-layer wiring is widely used has the following characteristics:
(1) There are special power supply layer and ground wire layer inside the multi-layer board. Lapisan bekalan kuasa boleh digunakan sebagai gelung bunyi untuk mengurangi gangguan; pada masa yang sama, lapisan bekalan kuasa juga menyediakan loop untuk semua isyarat sistem untuk menghapuskan gangguan sambungan impedance umum. Penghalangan garis bekalan kuasa dikurangkan, dengan demikian mengurangi gangguan penghalang umum.
(2) The multi-layer board adopts a special ground layer, yang mempunyai wayar tanah istimewa untuk semua garis isyarat. The characteristics of the signal line: the impedance is stable and easy to match, yang mengurangi kerosakan bentuk gelombang disebabkan oleh refleksi; pada masa yang sama, wayar tanah istimewa digunakan. Lapisan garis meningkatkan kapasitas yang disebarkan antara garis isyarat dan garis tanah, mengurangi perbualan salib,

2. Disin Laminate papan sirkuit dicetak
2.1 peraturan kabel Papan PCB
Analisis kompatibilitas elektromagnetik papan sirkuit berbilang lapisan boleh berdasarkan undang-undang Kirchhoff dan undang-undang Faraday induksi elektromagnetik. Menurut undang-undang Kirchhoff, mana-mana penghantaran isyarat domain-masa dari sumber untuk dimuatkan mesti mempunyai laluan impedance. Papan PCBs dengan lapisan berbilang sering digunakan dalam kelajuan tinggi, sistem prestasi tinggi, where multiple layers are used for direct current (DC) power or ground reference planes. Pesawat ini biasanya pesawat kuat tanpa sebarang bahagian, kerana terdapat lapisan yang cukup untuk digunakan sebagai pesawat kuasa atau tanah, jadi tidak perlu meletakkan tekanan DC yang berbeza pada lapisan yang sama. Lapisan ini akan berkhidmat sebagai laluan kembalian semasa bagi isyarat pada garis penghantaran bersebelahan dengan mereka. Mencipta laluan kembalian semasa impedance rendah adalah tujuan EMC penting untuk lapisan planar ini. Lapisan isyarat dikedarkan diantara lapisan lapisan rujukan fizikal, dan ia boleh menjadi garis garis simetrik atau garis garis simetrik. Ambil papan 12 lapisan sebagai contoh untuk ilustrasikan struktur dan bentangan papan berbilang lapisan. Struktur hierarkinya ialah T - P - S - P - S - P - S - P - S - S - P - B, "T" adalah lapisan atas, "P" adalah lapisan kapal rujukan, "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, dan isyarat tidak sepatutnya berjalan terlalu lama di lapisan atas dan bawah untuk mengurangi radiasi langsung dari jejak. Garis isyarat tidak serasi sepatutnya diasingkan satu sama lain, tujuannya adalah untuk menghindari gangguan pasangan antara satu sama lain. Frekuensi tinggi dan frekuensi rendah, semasa besar 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, dan bentangan garis isyarat masih diperlukan. Jaga diri untuk mengisolasi mereka. Bila merancang, pay attention to the following 3 issues:
(1) Determine which reference plane layer will contain multiple power regions for different DC voltages. Anggap tekanan DC berbilang pada lapisan 11, ini bermakna perancang mesti menjaga isyarat kelajuan tinggi sejauh mungkin dari lapisan 10 dan lapisan bawah, kerana semasa mengembalikan tidak dapat mengalir melalui pesawat rujukan di atas lapisan 10, dan kapasitor jahitan diperlukan, Ketiga , 5, 7 dan 9 adalah lapisan isyarat untuk isyarat kelajuan tinggi, sama ada. Jejak isyarat penting patut dijalurkan ke satu arah sebanyak yang mungkin untuk optimumkan bilangan saluran jejak 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", semasa lapisan ke-5 dan ke-9 boleh ditetapkan sebagai jejak "timur-barat". Jalankan baris untuk "North-South". Lapisan mana jejak dijalurkan bergantung pada arah di mana ia mencapai destinasinya.
(2) Layer changes when routing high-speed signals, dan lapisan yang berbeza digunakan untuk laluan independen, untuk memastikan bahawa arus semasa kembali mengalir dari satu pesawat rujukan ke pesawat rujukan baru yang diperlukan. Ini untuk mengurangi kawasan gelung isyarat dan mengurangi mod berbeza radiasi semasa dan mod biasa radiasi semasa gelung. Radiasi loop adalah proporsional kepada intensiti semasa dan kawasan loop. Sebenarnya, desain tidak memerlukan semasa kembali untuk mengubah pesawat rujukan, tetapi hanya berubah dari satu sisi pesawat rujukan ke yang lain. For example, 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 utara-selatan untuk membentuk kombinasi kabel. Tetapi kombinasi lapisan 3 dan 9 tidak patut digunakan, kerana ini memerlukan aliran semasa kembali dari lapisan 4 ke lapisan 8. Walaupun kondensator pemisahan boleh ditempatkan dekat melalui, pada frekuensi tinggi kondensator dibuat tidak berguna oleh kehadiran lead dan melalui inductance. Dan jenis kawat ini akan meningkatkan kawasan loop isyarat, yang merugikan untuk mengurangi radiasi semasa.
(3) Select the DC voltage for the reference plane layer. Dalam contoh ini, terdapat banyak bunyi pada kuasa/pin rujukan tanah disebabkan kelajuan tinggi pemprosesan isyarat di dalam pemproses. Oleh itu, ia sangat penting untuk menggunakan kondensator penyahpautan untuk menyediakan tegangan DC yang sama kepada pemproses, dan menggunakan kapasitor pemisahan secara efisien yang mungkin. Cara untuk mengurangkan induktan komponen ini adalah untuk menjaga jejak sambungan yang pendek dan lebar yang mungkin, dan untuk menyimpan botol-botol yang pendek dan tebal yang mungkin. Jika lapisan 2 ditugaskan sebagai "tanah" dan lapisan 4 ditugaskan sebagai kuasa bagi pemproses, butang sepatutnya pendek yang mungkin dari lapisan atas di mana pemproses dan kondensator penyahpautan ditempatkan. Kekal kosong yang diperlukan ke lapisan bawah papan tidak mengandungi sebarang semasa yang signifikan dan jarak pendek tidak mempunyai kesan antena.

2.2 The 20-H Rule and the 3-W Rule
In the electromagnetic compatibility design of multi-layer Papan PCBs, terdapat dua prinsip asas untuk menentukan jarak antara lapisan kuasa dan pinggir papan berbilang lapisan dan untuk menyelesaikan jarak antara garis cetak: peraturan 20-H dan peraturan 3-W. Prinsip 20-H: Semasa RF biasanya wujud di tepi pesawat kuasa disebabkan sambungan antara aliran magnetik. Pemasangan antara lapisan ini dipanggil kesan pinggir. Apabila menggunakan logik digital kelajuan tinggi dan isyarat jam, pesawat kuasa akan berinteraksi satu sama lain. semasa RF tersambung. Untuk mengurangi kesan ini, the physical size of the power plane should be at least 20H smaller than the physical size close to the ground plane (H is the distance between the power plane and the ground plane), dan kesan pinggir bekalan kuasa biasanya berlaku pada sekitar 10H. Sekitar 10% daripada aliran magnetik telah diblokir, if you want to achieve 98% of the magnetic flux is blocked, anda perlukan nilai sempadan 100%. Peraturan 20-H menentukan jarak fizik antara pesawat kuasa dan pesawat tanah terdekat, termasuk tebal, prefill, dan mengisolasi lapisan pemisahan. Penggunaan 20-H boleh meningkatkan frekuensi resonan PCB sendiri.

Kesan pinggir RF pada Papan PCBs
3-W rule: When the distance between the two printed lines is small, intertalk elektromagnetik akan berlaku diantara dua garis, yang akan membuat sirkuit berkaitan gagal berfungsi. Untuk menghindari gangguan ini, jarak antara mana-mana garis seharusnya disimpan tidak kurang dari 3 kali. Lebar baris, yang, not less than 3W (W is the width of printed lines). Lebar baris dicetak bergantung pada keperluan penghalang baris, terlalu luas akan mempengaruhi ketepatan kawat, terlalu sempit akan mempengaruhi integriti dan kekuatan isyarat yang dihantar ke terminal. Kabel sirkuit jam, pasangan berbeza, dan saya/Port O adalah semua objek aplikasi asas prinsip 3-W. Prinsip 3-W hanya mewakili sempadan garis aliran elektromagnetik dimana tenaga salib dipermalukan oleh 70%. Jika keperluan lebih tinggi, seperti garis sempadan aliran elektromagnetik yang menjamin peningkatan tenaga salib dengan 98%, selang 10W mesti digunakan.

2.3 Layout of the ground wire
First of all, untuk menetapkan konsep parameter yang disebarkan, di atas frekuensi tertentu, mana-mana wayar logam patut dianggap sebagai peranti yang terdiri dari perlawanan dan induktan. Oleh itu, pemimpin tanah mempunyai pengendalian tertentu dan membentuk gelung elektrik, sama ada ia adalah pendaratan satu titik atau pendaratan berbilang titik, ia mesti membentuk loop impedance rendah ke dalam tanah atau rak sebenar. Jejak biasa 25mm panjang akan menunjukkan sekitar 15 hingga 20nH induksi, dan kehadiran kapasitas yang disebarkan akan membentuk sirkuit resonan antara pesawat tanah dan rak peralatan. Kedua, apabila arus tanah mengalir melalui wayar tanah, kesan garis penghantaran dan kesan antena berlaku. Apabila panjang garis adalah 1/4 panjang gelombang, ia menunjukkan kekuatan yang tinggi, wayar tanah sebenarnya terbuka, dan wayar tanah menjadi antena yang radiasi keluar, dan plat tanah penuh dengan arus frekuensi tinggi dan arus eddy terbentuk oleh gangguan. Oleh itu, banyak gelung dibentuk diantara titik tanah, and the diameter of these loops (or ground point spacing) should be less than 1/20 of the frequency wavelength. Pilih peranti yang betul adalah faktor penting untuk kesuksesan desain, terutama bila memilih peranti logik, cuba pilih peranti logik dengan masa naik lebih lama dari 5ns, dan tidak pernah memilih peranti logik dengan urutan masa yang lebih pantas daripada litar yang diperlukan.

2.4 Arrangement of power cords
For multi-layer boards, struktur bekalan kuasa lapisan-tanah digunakan untuk bekalan kuasa. Impedansi karakteristik struktur ini jauh lebih kecil daripada pasangan trek, yang boleh kurang dari 1Ω. Struktur ini mempunyai kapasitas tertentu, dan tidak perlu menambah kondensator pemisahan frekuensi tinggi di sebelah setiap cip terintegrasi. Walaupun kapasitasi kapasitor lapisan tidak cukup, apabila kapasitor pemisahan luaran diperlukan, ia tidak patut ditambah di sebelah cip terintegrasi, tetapi boleh ditambah di mana saja di papan cetak. Pin kuasa dan pins tanah cip terintegrasi boleh disambung secara langsung ke lapisan bekalan kuasa dan lapisan tanah melalui logam melalui lubang, jadi saluran bekalan kuasa sentiasa ada. Kerana prinsip "semasa selalu mengambil laluan impedance", aliran kembali frekuensi tinggi di tanah sentiasa mengikuti jejak, kecuali ada ruang tanah untuk menghalanginya, jadi gelung isyarat sentiasa ada. Ia boleh dilihat bahawa struktur lapisan kuasa-tanah mempunyai keuntungan layout sederhana dan fleksibel dan kompatibilitas elektromagnetik yang baik dibandingkan dengan bekalan kuasa pasangan kereta api.

3. Conclusion
In short, dalam desain pelbagai lapisan Papan PCBs, komponen patut ditempatkan dalam kumpulan untuk mencegah gangguan antara kumpulan; sirkuit kelajuan tinggi patut diatur dengan betul untuk mengelakkan gangguan dengan sirkuit lain melalui sambungan medan elektrik atau sambungan medan magnetik; gangguan sambungan impedance garis dasar umum; kawasan loop bekalan kuasa patut dikurangkan, dan saluran bekalan kuasa bagi bekalan kuasa yang berbeza tidak boleh meliputi untuk menghindari sambungan medan magnetik; garis isyarat yang tidak serasi sepatutnya diasingkan satu sama lain untuk menghindari gangguan sambungan; Kawasan gelung isyarat kecil untuk mengurangi radiasi gelung dan radiasi mod umum pada Papan PCB.