Teknik PCB - Bagaimana untuk optimumkan desain EMC PCB

Dengan pembangunan zaman elektrik, terdapat semakin banyak sumber gelombang elektromagnetik dalam persekitaran hidup manusia, seperti siaran radio, televisi, komunikasi gelombang mikro, peralatan rumah tangga, medan frekuensi elektrik magnetik dan medan elektromagnetik frekuensi tinggi garis penghantaran kuasa. Apabila kekuatan medan medan elektromagnetik ini melebihi had tertentu dan masa tindakan cukup panjang, ia mungkin membahayakan kesehatan manusia; pada masa yang sama, mereka juga boleh mengganggu peralatan elektronik dan komunikasi lain. Dalam hal ini, perlindungan diperlukan. Konsep gangguan elektromagnetik dan perisai sering ditetapkan semasa pembangunan, produksi, dan penggunaan produk elektronik. Apabila produk elektronik berfungsi secara biasa, inti adalah proses kerja berkoordinasi antara papan PCB dan komponen dan bahagian yang dipasang padanya. Ia sangat penting untuk meningkatkan indeks prestasi produk elektronik dan mengurangkan pengaruh gangguan elektromagnetik.

1. Ralat papan PCB

Papan sirkuit cetak (PCB) adalah sokongan komponen sirkuit dan peranti dalam produk elektronik. Ia menyediakan sambungan elektrik antara komponen sirkuit dan peranti. Ia adalah komponen paling asas dari pelbagai peralatan elektronik. Performasi papan PCB secara langsung berkaitan dengan kualiti dan prestasi peralatan elektronik. Dengan pembangunan sirkuit terintegrasi, teknologi SMT, dan teknologi micro-assembly, terdapat lebih dan lebih densiti, produk elektronik berfungsi berbilang, yang menyebabkan bentangan wayar kompleks pada papan PCB, banyak bahagian dan komponen, dan pemasangan densit, yang akan tidak dapat dihindari menyebabkan gangguan antara mereka Ia semakin serius, Jadi masalah menekan gangguan elektromagnetik telah menjadi kunci sama ada sistem elektronik boleh berfungsi secara biasa. Dengan cara yang sama, dengan pembangunan teknologi listrik, densiti PCB semakin tinggi dan semakin tinggi, dan kualiti desain papan PCB mempunyai pengaruh besar pada gangguan dan kemampuan anti gangguan sirkuit. Untuk mendapatkan prestasi terbaik sirkuit elektronik, selain pemilihan komponen dan rancangan sirkuit, rancangan papan PCB yang baik juga adalah faktor yang sangat penting dalam kompatibilitas elektromagnetik (EMC).

1.1 Ralat lapisan PCB yang masuk akal

Menurut kompleksiti sirkuit, pilihan yang masuk akal nombor lapisan PCB boleh mengurangkan gangguan elektromagnetik secara efektif, mengurangkan besar saiz PCB dan panjang gelung semasa dan kawat cabang, dan mengurangkan gangguan salib antara isyarat. Eksperimen menunjukkan bahawa apabila bahan yang sama digunakan, bunyi papan empat lapisan adalah 20dB lebih rendah daripada papan dua lapisan. Namun, semakin tinggi bilangan lapisan, semakin rumit proses penghasilan dan semakin tinggi kos penghasilan. Dalam wayar papan PCB berbilang lapisan, lebih baik menggunakan struktur wayar mata berbentuk "baik" antara lapisan sebelah, iaitu, arah wayar sesuai lapisan sebelah satu sama lain bertentangan. Contohnya, sisi atas PCB dijalurkan secara mengufuk, dan sisi berikutnya dijalurkan secara menegak, dan kemudian disambung dengan vias.

1.2 Ralat saiz papan PCB yang masuk akal

Apabila saiz papan PCB terlalu besar, wayar dicetak akan meningkat, impedance akan meningkat, kemampuan anti-bunyi akan menurun, dan volum peralatan akan meningkat dan biaya akan meningkat sesuai dengan itu. Jika saiz terlalu kecil, penyebaran panas tidak baik, dan garis bersebelahan mudah diganggu. Secara umum, lapisan mekanik (Lapisan Mekanik) menentukan bingkai fizikal, iaitu, saiz garis luar papan PCB, dan Lapisan Keepout (Lapisan Keepout) dilarang untuk menentukan kawasan berkesan bentangan dan kawat. Secara umum, menurut bilangan unit fungsi sirkuit, semua komponen sirkuit disertai, dan bentuk dan saiz terbaik papan PCB akhirnya ditentukan. Biasanya segiempat digunakan, dan nisbah aspek ialah 3:2. Apabila saiz papan sirkuit lebih besar daripada 150mm*200mm, kekuatan mekanik PCB patut dianggap.

2. Bentangan papan PCB

Dalam rancangan papan PCB, jurutera elektronik hanya boleh fokus pada meningkatkan ketepatan, mengurangkan ruang sibuk, membuat produksi sederhana, atau mengejar estetik dan bentangan seragam, mengabaikan pengaruh bentangan sirkuit pada kompatibilitas elektromagnetik (EMC), sehingga sejumlah besar isyarat diharamkan ke ruang. Bentuk gangguan antara satu sama lain. Bentangan PCB yang teruk boleh menyebabkan lebih banyak masalah elektromagnetik (EMC) daripada menghapuskannya.

Karakteristik bentangan komponen dan kabel sirkuit digital, sirkuit analog, dan sirkuit kuasa dalam peralatan elektronik berbeza, dan gangguan yang mereka hasilkan dan kaedah untuk menekan gangguan berbeza. Kerana frekuensi berbeza sirkuit frekuensi tinggi dan frekuensi rendah, gangguan dan kaedah untuk menekan gangguan juga berbeza. Oleh itu, dalam bentangan komponen, litar digital, litar analog dan litar kuasa patut diletakkan secara terpisah, dan litar frekuensi tinggi dan litar frekuensi rendah patut dipisahkan. Jika boleh, ia sepatutnya dipisahkan secara terpisah atau dibuat ke papan PCB secara terpisah. Dalam bentangan, perhatian istimewa patut diberikan kepada distribusi peranti isyarat kuat dan lemah dan arah penghantaran isyarat.

2.1 Bentangan komponen papan PCB

Bentangan komponen papan PCB sama dengan sirkuit logik lain, dan komponen yang berkaitan satu sama lain patut ditempatkan sesekali yang mungkin, supaya kesan anti-bunyi yang lebih baik boleh dicapai. Kedudukan komponen pada papan PCB sepatutnya mempertimbangkan masalah gangguan anti-elektromagnetik. Salah satu prinsip adalah bahawa pemimpin antara komponen seharusnya sebagai pendek yang mungkin. Dalam bentangan, bahagian isyarat analog, bahagian sirkuit digital kelajuan tinggi, dan bahagian sumber bunyi (seperti relai, tukar semasa tinggi, dll.) sepatutnya dipisahkan secara rasional untuk mengurangkan sambungan isyarat antara satu sama lain.

Penjana jam, oscilator kristal, dan terminal input jam CPU semua cenderung kepada bunyi, jadi mereka sepatutnya lebih dekat satu sama lain. Peranti susah bunyi, sirkuit semasa rendah, dan sirkuit semasa tinggi sepatutnya dijauhkan dari sirkuit logik sebanyak mungkin. Jika boleh, papan PCB lain perlu dibuat, yang sangat penting.

Keperlukan bentangan umum bagi komponen PCB: Bentangan komponen sirkuit dan laluan isyarat mesti minimumkan sambungan isyarat yang tidak diperlukan.

1) Saluran isyarat tahap rendah tidak boleh dekat dengan saluran isyarat tahap tinggi dan garis kuasa tidak ditapis, termasuk sirkuit yang boleh menghasilkan proses sementara.

2) Berpisahkan sirkuit analog tahap rendah dan sirkuit digital untuk menghindari sambungan impedance umum antara sirkuit analog, sirkuit digital, dan saluran kuasa umum.

3) Sirkuit logik kelajuan tinggi, tengah dan rendah memerlukan kawasan berbeza pada PCB.

4) Apabila mengatur sirkuit, panjang garis isyarat perlu diminumkan.

5) Pastikan tiada garis isyarat selari yang terlalu panjang diantara papan sebelah, diantara aras sebelah papan yang sama, dan diantara kabel sebelah pada aras yang sama.

6) Penapis gangguan elektromagnetik (EMI) seharusnya hampir mungkin kepada sumber gangguan elektromagnetik dan ditempatkan pada papan sirkuit yang sama.

2.2 Kabel papan PCB

Komposisi papan PCB adalah struktur berbilang-lapisan menggunakan siri laminasi, kabel dan proses prepreg pada tumpukan menegak. Dalam papan PCB berbilang lapisan, untuk memudahkan penyahpepijatan, garis isyarat akan ditetapkan pada lapisan paling luar.

Dalam kes frekuensi tinggi, induktan yang disebarkan dan kapasitas yang disebarkan papan PCB, seperti jejak, vias, resistors, kondensator, dan konektor, tidak dapat diabaikan. Penolakan akan menyebabkan refleksi dan penyorban isyarat frekuensi tinggi. Kapensiensi yang disebarkan bagi jejak juga akan bermain peran. Apabila panjang jejak lebih besar daripada 1/20 panjang gelombang yang sepadan frekuensi bunyi, kesan antena berlaku, dan bunyi dikeluarkan melalui jejak.

Kebanyakan sambungan wayar papan PCB telah selesai melalui vias. Satu melalui boleh membawa sekitar 0.5pF kapasitas yang disebarkan, dan mengurangi bilangan vial boleh meningkatkan kelajuan secara signifikan.

Bahan pakej sirkuit terpasang sendiri memperkenalkan kapasitasi 2 hingga 6 pF. Penyambung pada PCB mempunyai induktansi yang disebarkan 520nH. Soket sirkuit terpasang 24 pin dua-dalam-baris memperkenalkan induktan yang disebarkan 4-18nH.