Teknik PCB - Pertimbangan EMC dalam rekaan PCB

Pertimbangan EMC dalam rekaan PCB

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

1 rekaan 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 PCB secara langsung berkaitan dengan elektronik. Kualiti dan prestasi peralatan adalah baik atau buruk. Dengan pembangunan sirkuit terintegrasi, teknologi SMT, dan teknologi pengumpulan mikro, terdapat lebih dan lebih densiti, produk elektronik berfungsi-berbilang, yang menyebabkan bentangan wayar rumit pada PCB, banyak bahagian dan komponen, dan pemasangan densit, yang akan menyebabkan lebih banyak gangguan antara mereka. Ia semakin serius, jadi masalah untuk menekan gangguan elektromagnetik telah menjadi kunci untuk sama ada sistem elektronik boleh berfungsi secara biasa. Sama seperti, dengan pembangunan teknologi elektrik, densiti PCB semakin meningkat, dan kualiti desain PCB mempunyai pengaruh besar pada gangguan dan kemampuan anti-gangguan sirkuit. Untuk mendapatkan prestasi terbaik sirkuit elektronik, selain pemilihan komponen dan rancangan sirkuit, rancangan PCB yang baik juga adalah faktor yang sangat penting dalam kompatibilitas elektromagnetik.

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 berbilang lapisan, lebih baik menggunakan struktur wayar mata berbentuk "baik" antara lapisan sebelah, iaitu, arah wayar sesuai lapisan sebelah adalah selari satu sama lain. Contohnya, sisi atas papan cetak dikaitkan secara mengufuk, dan sisi bawah dikaitkan secara menegak, dan kemudian disambung dengan vias.

1.2 Ralat saiz 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 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 dipilih, dan nisbah aspek ialah 3:2. Apabila saiz papan sirkuit lebih besar daripada 150 mmx200 mm, kekuatan mekanik papan sirkuit patut dianggap.

2 bentangan PCB

Dalam rancangan PCB, penjana produk sering fokus hanya pada meningkatkan ketepatan, mengurangkan ruang yang sibuk, membuat mudah, atau mengejar estetik dan bentangan seragam, mengabaikan pengaruh bentangan sirkuit pada kompatibilitas elektromagnetik, menyebabkan sejumlah isyarat yang besar untuk radiasi ke dalam ruang untuk membentuk gangguan antara satu sama lain. Bentangan PCB yang teruk boleh menyebabkan lebih banyak masalah kesesuaian elektromagnetik, 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 mungkin, mereka harus diizoli atau dibuat ke papan sirkuit secara terpisah. Dalam bentangan, perhatian istimewa patut diberikan kepada distribusi peranti isyarat kuat dan lemah dan arah penghantaran isyarat.

Bentangan komponen PCB 2.1

Bentangan komponen PCB sama seperti bagi sirkuit logik lain, dan komponen yang berkaitan satu sama lain patut ditempatkan sebanyak mungkin, supaya kesan anti-bunyi yang lebih baik boleh dicapai. Kedudukan komponen pada papan sirkuit cetak 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 sirkuit lain harus 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 menggunakan 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.

7) Penukar DC/DC, komponen tukar dan penyesuaian patut ditempatkan sebanyak mungkin kepada penyesuaian untuk mengurangi panjang wayar mereka.

8) Letakkan komponen pengatur tegangan dan kondensator penapis yang paling dekat dengan dioda penyesuaian.

9) Papan cetak dikongsi mengikut frekuensi dan ciri-ciri penukaran semasa, dan jarak antara komponen bunyi dan komponen bukan bunyi sepatutnya lebih jauh.

10) Kabel yang sensitif kepada bunyi tidak patut selari dengan garis tukar kelajuan tinggi.

11) Bentangan komponen patut memberi perhatian khusus kepada masalah penyebaran panas. Untuk sirkuit kuasa tinggi, komponen pemanasan seperti tabung kuasa dan pengubah seharusnya ditempatkan sejauh mungkin untuk memudahkan penyebaran panas. Jangan berkonsentrasi di satu tempat, dan tidak mempunyai kapasitas tinggi terlalu dekat untuk menghindari membuat umur elektrolit terlalu awal.

2.2 Kabel PCB

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

Dalam kes frekuensi tinggi, kawat, vias, resistors, kondensator, dan induktan yang disebarkan dan kondensasi yang disebarkan konektor pada papan sirkuit cetak tidak boleh 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 sirkuit cetak telah selesai melalui vias. Satu melalui boleh membawa sekitar 0.5 pF kapasitasi yang disebarkan, dan mengurangkan bilangan vial boleh meningkatkan kelajuan secara signifikan.

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

Keperluan umum yang patut diikuti untuk mengelakkan pengaruh parameter distribusi kabel PCB:

1) Tingkatkan jarak jejak untuk mengurangkan salib sambungan kapasitif.

2) Dalam wayar panel ganda, wayar di kedua-dua sisi seharusnya bertentangan, lapis, atau lengkung untuk menghindari selari satu sama lain untuk mengurangi sambungan parasit; wayar dicetak yang digunakan sebagai input dan output sirkuit patut dihindari sebanyak mungkin. Untuk menghindari balas balik, lebih baik menambah kawat pendaratan antara kawat-kawat ini.

3) Letakkan garis frekuensi tinggi sensitif jauh dari garis kuasa bunyi tinggi untuk mengurangkan sambungan antara satu sama lain; jejak sirkuit digital frekuensi tinggi sepatutnya lebih ringan dan pendek.

4) Lebarkan garis kuasa dan garis tanah untuk mengurangi impedance garis kuasa dan garis tanah.

5) Cuba guna baris lipat 45° selain dari baris lipat 90° untuk mengurangkan emisi luar dan sambungan isyarat frekuensi tinggi.

6) Panjang garis alamat atau garis data tidak sepatutnya terlalu berbeza, sebaliknya bahagian garis pendek perlu dibuka secara buatan untuk pembayaran.

7) Perhatikan pengasingan antara isyarat semasa besar, - isyarat tenaga tinggi dan isyarat kecil (jarak izolasi berkaitan dengan tenaga tahan yang akan ditahan. Biasanya jarak antara papan ialah 2 mm pada 2 kV, dan nisbah dihitung di atas ini. Contohnya, untuk menahan ujian tenaga tahan 3 kV, jarak antara garis tenaga tinggi dan rendah patut berada di atas 3.5 mm. In many cases, to avoid creepage, the high and low voltage lines on the printed circuit board should be opened. groove).

Ralat sirkuit 3 dalam PCB

Apabila merancang sirkuit elektronik, lebih mempertimbangkan prestasi sebenar produk, daripada terlalu banyak mempertimbangkan karakteristik kompatibilitas elektromagnetik produk dan penahanan gangguan elektromagnetik dan karakteristik anti-gangguan elektromagnetik. Untuk mencapai tujuan kesesuaian elektromagnetik apabila menggunakan diagram skematik sirkuit untuk bentangan PCB, perlu diambil langkah yang diperlukan, iaitu, untuk menambah sirkuit tambahan yang diperlukan pada asas diagram skematik sirkuit untuk meningkatkan prestasi kesesuaian elektromagnetik produknya. Ukuran sirkuit berikut boleh digunakan dalam rancangan PCB sebenar:

1) Penegang boleh disambung dalam siri pada jejak PCB untuk mengurangkan kadar transisi pinggir bawah garis isyarat kawalan.

2) Cuba menyediakan beberapa bentuk pemadam (kondensator frekuensi tinggi, diod balik, dll.) untuk relai, dll.

3) Penapis isyarat memasuki papan cetak, dan penapis isyarat dari kawasan bunyi tinggi ke kawasan bunyi rendah. Pada masa yang sama, gunakan serangkaian penentang terminal untuk mengurangi refleksi isyarat.

4) Penghujung MCU tidak berguna sepatutnya disambung ke bekalan kuasa atau tanah melalui perlawanan yang sepadan, atau ditakrif sebagai penghujung output. Terminal sirkuit terpasang yang sepatutnya disambungkan dengan bekalan kuasa dan tanah mesti disambungkan, dan seharusnya tidak ditinggalkan mengapung.

5) Jangan tinggalkan terminal input sirkuit gerbang yang tidak digunakan, tetapi sambung ke bekalan kuasa atau tanah melalui resistor yang sepadan. Terminal input positif bagi penyampai operasi yang tidak digunakan didatar, dan terminal input negatif disambung ke terminal output.

6) Tetapkan kondensator pemisahan frekuensi tinggi untuk setiap sirkuit terintegrasi. Kondensator bypass frekuensi tinggi kecil mesti ditambah ke setiap kondensator elektrolitik.

7) Gunakan kondensator tantalum kapasitas besar atau kondensator poliester selain daripada kondensator elektrolitik sebagai memuatkan dan memuatkan kondensator penyimpanan tenaga pada papan sirkuit. Apabila menggunakan kondensator tubular, kes ini perlu ditanda.

4 Kesimpulan

Dengan pengembangan sains dan teknologi yang bertambah, miniaturisasi dan kecerdasan pelbagai peranti elektronik telah menjadi trend utama. Pada masa yang sama, persekitaran operasi produk elektronik atau peralatan akan menjadi semakin kompleks. Teknologi anti-gangguan dan teknologi kompatibilitas elektromagnetik juga memerlukan pembangunan dan matang terus menerus. Penjana PCB dan pembuat papan sirkuit mestilah memperhatikan aplikasi praktik.