Teknik PCB - Teknologi anti-gangguan desain PCB sirkuit digital

Dalam rancangan PCB sistem elektronik, untuk menghindari pusingan dan menyimpan masa, keperluan anti-gangguan patut dipertimbangkan dan dipenuhi sepenuhnya, dan tindakan anti-gangguan patut dihindari selepas rancangan PCB selesai. Ada tiga unsur asas yang menyebabkan gangguan:

(1) Sumber gangguan merujuk kepada komponen, peralatan atau isyarat yang menghasilkan gangguan. Ia diterangkan dalam bahasa matematik sebagai berikut: du/dt, tempat di mana di/dt besar adalah sumber gangguan. Contohnya, kilat, relei, tiristor, motor, jam frekuensi tinggi, dll. semua mungkin menjadi sumber gangguan.

(2) Laluan propagasi merujuk kepada laluan atau medium melalui mana gangguan menyebar dari sumber gangguan ke peranti sensitif. Laluan penyebaran gangguan biasa adalah kondukti melalui wayar dan radiasi dari ruang angkasa.

(3) Peranti sensitif merujuk kepada objek yang mudah diganggu. Seperti: A/D, D/A penukar, mikrokomputer cip tunggal, IC digital, penyembah isyarat lemah, dll.

Prinsip asas rancangan PCB anti-gangguan adalah: menekan sumber gangguan, memotong laluan penyebaran gangguan, dan meningkatkan prestasi anti-gangguan peranti sensitif. (Sama seperti pencegahan penyakit jangkitan)

1 Hapuskan sumber gangguan

Menegak sumber gangguan adalah untuk mengurangi du/dt dan di/dt sumber gangguan sebanyak mungkin. Ini adalah prinsip yang paling prioritasi dan paling penting dalam rancangan PCB anti-gangguan, dan ia sering mempunyai kesan untuk mendapatkan dua kali hasil dengan separuh usaha.

Kekurangan du/dt sumber gangguan terutamanya dicapai dengan menyambung kondensator secara parallel pada kedua-dua hujung sumber gangguan. Kekurangan di/dt sumber gangguan dicapai dengan menyambungkan induktansi atau perlawanan dalam siri dengan gelung sumber gangguan dan menambah dioda roda bebas.

Tindakan umum untuk menekan sumber gangguan adalah sebagai berikut:

(1) Dioda roda bebas ditambah ke kolai relai untuk menghapuskan gangguan kekuatan elektromotif belakang yang dijana apabila kolai terputus. Hanya menambah dioda roda bebas akan menunda masa off relay. Selepas menambah dioda Zener, reli boleh beroperasi lebih kali per unit masa.

(2) Sambungkan sirkuit penghalang sinar secara paralel pada kedua-dua hujung kontak relay (biasanya sirkuit RC, lawan biasanya dipilih dari beberapa K ke puluh K, dan kondensator adalah 0.01uF) untuk mengurangkan kesan sinar elektrik.

(3) Tambah sirkuit penapis ke motor, dan perhatikan kondensator yang paling pendek mungkin dan pemimpin induktan.

(4) Setiap IC pada papan sirkuit patut disambungkan dengan kondensator frekuensi tinggi 0.01μF ～0.1μF secara selari untuk mengurangkan kesan IC pada bekalan kuasa. Perhatikan kawat kondensator frekuensi tinggi. Kawalan seharusnya dekat dengan terminal bekalan kuasa dan secepat mungkin. Jika tidak, perlawanan seri bersamaan kapasitor akan meningkat, yang akan mempengaruhi kesan penapisan.

(5) Lupakan garis lipatan 90 darjah apabila kabel untuk mengurangi emisi bunyi frekuensi tinggi.

(6) Kedua-dua hujung tiristor disambung secara paralel dengan papan sirkuit penghalang RC untuk mengurangi bunyi yang dijana oleh tiristor (tiristor mungkin rosak apabila bunyi itu serius).

Potong laluan penyebaran gangguan

Menurut laluan penyebaran gangguan, ia boleh dibahagi menjadi dua jenis: gangguan dilakukan dan gangguan radiasi.

Yang disebut gangguan dilakukan merujuk gangguan yang menyebar ke peranti sensitif melalui wayar. Band frekuensi bunyi gangguan frekuensi tinggi dan isyarat berguna berbeza, dan pendaraban bunyi gangguan frekuensi tinggi boleh dipotong dengan menambah penapis pada wayar, dan kadang-kadang optokoupler izolasi boleh ditambah untuk menyelesaikannya. Bunyi bekalan kuasa adalah yang paling berbahaya, jadi perhatikan istimewa kepada pengendalian. Yang disebut gangguan radiasi merujuk gangguan yang menyebar ke peranti sensitif melalui radiasi angkasa. Solusi umum adalah untuk meningkatkan jarak antara sumber gangguan dan peranti sensitif, mengisolasinya dengan wayar tanah dan meletakkan perisai pada peranti sensitif.

Tindakan umum untuk memotong laluan penyebaran gangguan adalah sebagai berikut:

(1) Pertimbangkan secara penuh kesan bekalan kuasa pada mikrokawal. Jika bekalan kuasa dilakukan dengan baik, anti-gangguan seluruh sirkuit akan diselesaikan lebih dari separuh. Banyak mikrokomputer cip tunggal sangat sensitif kepada bunyi bekalan kuasa, jadi perlu menambah sirkuit penapis atau pengatur tenaga ke bekalan kuasa cip tunggal untuk mengurangkan gangguan bunyi bekalan kuasa ke mikrokomputer cip tunggal. Contohnya, kacang magnetik dan kondensator boleh digunakan untuk membentuk sirkuit penapis berbentuk Ï. Tentu saja, resistor 100Ω boleh digunakan selain dari kacang magnetik apabila keadaan tidak tinggi.

(2) Jika port I/O mikrokomputer cip tunggal digunakan untuk mengawal peranti bunyi seperti motor, pengasingan patut ditambah antara port I/O dan sumber bunyi (tambah sirkuit penapis berbentuk Ï-shaped).

Untuk mengawal peranti bunyi seperti motor, pengasingan patut ditambah antara port I/O dan sumber bunyi (tambah sirkuit penapis berbentuk Ï-shaped).

(3) Perhatikan kawat oscillator kristal. Oscilator kristal adalah sebanyak yang mungkin kepada pins mikrokawal, kawasan jam diizolasi dengan wayar tanah, dan shell oscillator kristal didarat dan ditetapkan. Ukuran ini boleh menyelesaikan banyak masalah yang sukar.

(4) Papan sirkuit secara rasional terpisah, seperti isyarat kuat dan lemah, isyarat digital dan analog. Jauhkan sumber gangguan (seperti motor, reli) dari komponen sensitif (seperti mikrokomputer cip tunggal) sebanyak mungkin.

(5) Mengpisahkan kawasan digital dari kawasan analog dengan wayar tanah, memisahkan tanah digital dari tanah analog, dan akhirnya menyambungkannya dengan tanah kuasa pada satu titik. Kawalan cip A/D dan D/A juga berdasarkan prinsip ini, dan penghasil telah mempertimbangkan keperluan ini apabila menyerahkan pengaturan pin cip A/D dan D/A.

(6) Kawalan tanah mikrokomputer cip tunggal dan peranti kuasa tinggi patut didirikan secara terpisah untuk mengurangi gangguan antara satu sama lain. Letakkan peranti kuasa tinggi pada pinggir papan sirkuit sebanyak mungkin.

(7) Penggunaan komponen anti-gangguan seperti kacang magnetik, cincin magnetik, penapis kuasa, dan perisai di tempat kunci seperti port I/O MCU, tali kuasa, dan garis sambungan papan sirkuit PCB boleh meningkatkan prestasi anti-gangguan sirkuit secara signifikan.