Teknik PCB - Tahu rancangan PCB ipcb, dan juga tahu kawalan EMC

Peningkatan kelajuan jam ditambah dengan bas frekuensi tinggi dan kadar data antaramuka yang lebih tinggi membuat reka papan sirkuit PC lebih mencabar. Enjin mesti melampaui rancangan logik sebenar di papan, dan juga mempertimbangkan faktor lain yang boleh mempengaruhi sirkuit, termasuk saiz papan sirkuit papan lembut modul sidik jari, bunyi persekitaran, konsumsi kuasa, dan kompatibilitas elektromagnetik (EMC).

jurutera perkakasan patut selesaikan masalah EMC dalam tahap desain papan sirkuit PC untuk memastikan sistem tidak akan diserang oleh kegagalan EMC.

Rancangan mendarat yang baik

Sistem pendaratan induktan rendah adalah faktor yang paling penting dalam mengurangi masalah EMC. Mengmaksimumkan kawasan pendaratan pada papan sirkuit PC boleh mengurangkan induktansi pendaratan sistem, dengan itu mengurangkan radiasi elektromagnetik dan percakapan salib.

Crosstalk boleh wujud diantara mana-mana dua wayar di papan sirkuit, bergantung pada induktansi dan kapasitasi bersama-sama, dan adalah proporsional dengan jarak antara wayar, kadar pinggir, dan impedance wayar.

Dalam sistem digital, percakapan salib yang dijana oleh induktansi bersama biasanya lebih besar daripada percakapan salib yang dijana oleh kapasitasi bersama. Induktan antara satu sama lain boleh dikurangkan dengan meningkatkan jarak antara kabel atau mengurangkan jarak ke pesawat tanah.

Ada berbagai cara untuk menyambung isyarat ke tanah. Rancangan papan sirkuit pabrik papan lembut modul sidik jari di mana komponen secara rawak tersambung ke titik tanah akan menghasilkan induksi tanah tinggi dan menyebabkan masalah EMC yang tidak dapat dihindari. Kami cadangkan menggunakan pesawat tanah yang sepenuhnya terbuka, yang boleh minimumkan impedance apabila semasa kembali ke sumber, tetapi pesawat tanah juga memerlukan lapisan papan sirkuit PC dedikasi, yang mungkin tidak realistik untuk papan sirkuit dua lapisan.

Oleh itu, kami cadangkan raksasa menggunakan grid tanah. Dalam kes ini, induktan tanah bergantung pada jarak antara grid.

Selain itu, cara isyarat kembali ke tanah sistem juga penting. Jika laluan isyarat panjang, ia akan menghasilkan gelung tanah, yang akan membentuk antena dan radiasi tenaga. Oleh itu, semua kawat yang membawa semasa kembali ke sumber patut memilih laluan yang paling pendek dan patut pergi terus ke pesawat tanah.

Tidak disarankan untuk menyambungkan semua kawasan yang berbeza dan menyambungkannya dengan pesawat tanah. Ini tidak hanya meningkatkan saiz loop semasa, tetapi juga meningkatkan kemungkinan lompatan tanah. Figur 1b memperkenalkan kaedah yang direkomendasikan untuk menyambung komponen ke pesawat tanah.

Cara lain yang baik untuk mengurangi masalah berkaitan EMC adalah untuk memisahkan tanah dengan tepi lengkap papan sirkuit untuk membentuk kandang Faraday, sehingga tiada isyarat dijalankan diluar sempadan. Kaedah ini boleh hadapi radiasi papan sirkuit kilang papan lembut modul sidik jari ke kawasan dalam had, dan mengelakkan radiasi luaran daripada mengganggu isyarat pada papan sirkuit.

Dari perspektif EMC, pengaturan yang tepat lapisan juga sangat penting. Jika bilangan lapisan yang digunakan lebih dari dua, gunakan lapisan lengkap sebagai lapisan tanah. Jika papan sirkuit empat lapisan digunakan, lapisan dibawah pesawat tanah patut digunakan sebagai pesawat kuasa.

Ia mesti dicatat bahawa lokasi pesawat tanah seharusnya antara kawat isyarat frekuensi tinggi dan pesawat kuasa. Jika papan sirkuit dua lapisan digunakan dan pesawat tanah lengkap tidak dapat dicapai, grid tanah boleh digunakan. Jika pesawat kuasa terpisah tidak digunakan, kawat tanah patut selari kawat kuasa untuk memastikan kuasa bersih.

Pemandu Bentangan

Untuk melindungi rancangan dari EMC, komponen pada papan sirkuit mesti diklasifikasikan mengikut fungsi mereka (analog, digital, bekalan kuasa, sirkuit kelajuan rendah, sirkuit kelajuan tinggi, dll.). Setiap jenis wayar patut berada di kawasan yang ditentukan, dan penapis patut digunakan di sempadan subsistem.

Apabila menghadapi masalah sirkuit digital, perhatian istimewa mesti diberikan pada jam dan isyarat kelajuan tinggi lain. Kawalan yang menyambungkan isyarat ini sepatutnya pendek yang mungkin dan sepatutnya bersebelahan dengan pesawat tanah untuk menjaga radiasi dan saling bercakap di bawah kawalan.

Untuk isyarat semacam ini, jurutera mesti mengelakkan menggunakan vias atau kabel di pinggir papan sirkuit atau dekat konektor. Selain itu, isyarat juga mesti jauh dari pesawat kuasa, kerana ini akan menyebabkan bunyi di pesawat kuasa. Kabel untuk menghantar isyarat perbezaan seharusnya sebanyak mungkin satu sama lain, sehingga fungsi pembatalan medan magnetik boleh dilaksanakan dengan paling efektif.

Kawalan yang menghantar isyarat jam dari sumber ke peranti sepatutnya mempunyai terminal yang sepadan. Selama impedance tidak sepadan, masalah refleksi isyarat akan berlaku. Jika anda tidak memberi perhatian kepada masalah isyarat refleksi, banyak tenaga akan radiasi. Bentuk berbeza terminal yang berkesan termasuk titik sumber, titik akhir, dan terminal AC.

Untuk kawat yang menghadapi oscilator, kawat lain selain tanah tidak boleh berjalan selari atau dibawah oscilator atau kawatnya. Selain itu, kristal patut dekat dengan cip yang diinginkan.

Oleh kerana arus kembali sentiasa mengikut laluan reaksi paling rendah, kawat tanah yang menghantar arus sepatutnya dekat dengan kawat yang menghantar isyarat yang relevan, supaya menjaga gelung semasa yang pendek yang mungkin.

Kawalan yang menghantar isyarat analog sepatutnya dipisahkan dari isyarat kelajuan tinggi atau menukar, dan mesti dilindungi oleh isyarat grounding. Penapis laluan rendah mesti sentiasa digunakan untuk membuang bunyi frekuensi tinggi yang disambung dengan kawat analog sekeliling.

Selain itu, pesawat tanah subsistem analog dan digital tidak boleh dikongsi.

perisai

Setiap bunyi pada bekalan kuasa boleh mempengaruhi fungsi peranti dalam operasi. Secara umum, frekuensi bunyi yang disambung dengan bekalan kuasa adalah tinggi, jadi kapasitor bypass atau kapasitor menyambung diperlukan untuk penapisan.

Kondensator pemisahan menyediakan laluan impedance rendah untuk arus frekuensi tinggi dari pesawat kuasa ke tanah. Semasa mengalir melalui laluan ke tanah, dan laluan ini membentuk gelung tanah. Laluan ini patut disimpan sebanyak mungkin, sehingga kondensator penyahpautan boleh ditempatkan sebanyak mungkin kepada IC.

Gelung tanah besar meningkatkan radiasi dan mungkin sumber potensi kegagalan EMC. Semakin tinggi frekuensi, semakin dekat reaksi kondensator ideal adalah kepada sifar, dan tiada kondensator yang benar-benar ideal di pasar.

Pakej Lead dan IC juga meningkatkan induktan. Multiple capacitors with low equivalent serial inductance can be used to improve the decoupling effect.

Banyak masalah berkaitan EMC disebabkan oleh kabel yang menghantar isyarat digital. Kabel ini sebenarnya berfungsi sebagai antena yang sangat efisien. Idealnya, semasa memasuki kabel akan mengalir keluar di hujung lain, tetapi sebenarnya kapasitas parasit dan induktan akan menyebabkan masalah radiasi.

Penggunaan kabel berpasangan berpasangan membantu mengurangi masalah sambungan dan menghapuskan mana-mana medan magnet yang disebabkan. Jika kabel pita digunakan, laluan kembali darat berbilang mesti disediakan. Untuk isyarat frekuensi tinggi, kabel perisai mesti digunakan, dan perisai tanah mesti disambung di kepala dan ekor kabel.

Perisai adalah bentuk bekas konduktif tertutup, yang mengurangkan EMI dengan melemahkan medan E dan H gelombang radiasi. Ia boleh disambung ke tanah, yang boleh mengurangi saiz antena loop dengan menyerap dan merefleksikan sebahagian radiasi. Dengan cara ini, perisai juga boleh digunakan sebagai sekatan antara kedua-dua zon, mengurangi radiasi tenaga dari satu zon ke yang lain.

Akhirnya, perisai bukan penyelesaian elektrik, tetapi kaedah mekanik untuk mengurangi EMC. Pakaian logam (bahan konduktif dan/atau magnetik) boleh digunakan untuk menghindari EMI dari sistem. Kita boleh gunakan perisai untuk melindungi seluruh sistem atau sebahagian dari sistem, bergantung pada keperluan yang relevan.