Teknik PCB - Lima: Panduan Projek PCB kelajuan tinggi: Teknologi Kekurangan Suara Sistem DSP

Dengan muncul DSP kelajuan tinggi (pemproses isyarat digital) dan peripheral, desainer produk baru menghadapi ancaman semakin serius gangguan elektromagnetik (EMI). Pada masa awal, masalah emisi dan gangguan dipanggil EMI atau RFI. Sekarang gunakan perkataan yang lebih jelas "kompatibilitas gangguan" sebagai gantinya. Kompatibiliti elektromagnetik (EMC) termasuk dua aspek emisi dan sensitiviti sistem. Jika gangguan tidak boleh dihapuskan sepenuhnya, gangguan mesti dikurangkan. Jika sistem DSP memenuhi tiga syarat berikut, sistem adalah kompatibel secara elektromagnetik.

1. Tiada gangguan pada sistem sendiri.

2. Tiada gangguan ke sistem lain.

3. Ia tidak sensitif kepada emisi sistem lain.

Definisi gangguan

Pergangguan disebabkan apabila tenaga gangguan menyebabkan penerima berada dalam keadaan tidak diinginkan. Generasi gangguan adalah sama ada langsung (melalui konduktor, sambungan impedance biasa, dll.) atau langsung (melalui sambungan salib atau radiasi). Interferensi elektromagnetik dihasilkan melalui konduktor dan melalui radiasi. Banyak sumber emisi elektromagnetik, seperti cahaya, relei, motor DC, dan lampu fluorescen boleh menyebabkan gangguan. Kabel kuasa AC, kabel bersambung, kabel logam, dan litar dalaman subsistem juga boleh radiasi atau menerima isyarat yang tidak diinginkan. Dalam litar digital kelajuan tinggi, litar jam biasanya adalah sumber terbesar bunyi kabel lebar. Dalam DSP cepat, sirkuit ini boleh menghasilkan kerosakan harmonik sehingga 300MHz, yang seharusnya dibuang dalam sistem. Dalam litar digital, yang paling mudah disentuh ialah tetapkan semula baris, mengganggu baris dan garis kawalan.

EMI dilakukan

Salah satu laluan yang paling jelas dan sering dilupakan yang boleh menyebabkan bunyi dalam sirkuit adalah melalui konduktor. Kabel yang melalui persekitaran bunyi boleh mengambil bunyi dan menghantarnya ke sirkuit lain untuk menyebabkan gangguan. Penjana mesti mengelakkan kabel mengambil bunyi dan menggunakan kaedah pemisahan untuk membuang bunyi sebelum bunyi menyebabkan gangguan. Contoh yang paling umum adalah bunyi memasuki litar melalui garis kuasa. Jika bekalan kuasa sendiri atau sirkuit lain yang tersambung dengan bekalan kuasa adalah sumber gangguan, garis kuasa mesti terputus sebelum ia memasuki sirkuit.

Sambungan radiasi

Pasangan radiasi dikenali sebagai crosstalk. Crosstalk berlaku apabila arus elektrik mengalir melalui konduktor untuk menghasilkan medan elektromagnetik, dan medan elektromagnetik mengandungi arus sementara dalam konduktor bersebelahan.

Pemasangan impedance umum

Perpasangan impedance biasa berlaku apabila arus dari dua litar berbeza mengalir melalui impedance biasa. Tenaga jatuh pada impedance ditentukan oleh dua sirkuit. Garis tanah dari dua sirkuit mengalir melalui impedance tanah yang sama. Potensi tanah sirkuit 1 diubahsuai oleh arus tanah 2. Isyarat bunyi atau kompensasi DC dipasang dari sirkuit 2 ke sirkuit 1 melalui impedance tanah umum.

Emisi radiasi

Terdapat dua jenis asas emisi radiasi: mod berbeza (DM) dan mod biasa (CM). Radiasi mod umum atau radiasi antena monopol disebabkan oleh titik tegangan tidak sengaja, yang meningkatkan semua sambungan tanah dalam sirkuit di atas potensi tanah sistem. Dalam terma saiz medan elektrik, radiasi CM adalah masalah yang lebih serius daripada radiasi DM. Untuk mengurangi radiasi CM, reka realistik mesti digunakan untuk mengurangi mod biasa semasa ke sifar.

Faktor yang mempengaruhi EMC

Tengah-Semakin tinggi tenaga bekalan kuasa, semakin besar amplitud tenaga dan semakin banyak emisi, dan tenaga bekalan kuasa rendah mempengaruhi sensitiviti.

Frekuensi-Tinggi menghasilkan lebih banyak emisi, dan isyarat periodik menghasilkan lebih banyak emisi. Dalam sistem digital frekuensi tinggi, isyarat punca semasa dijana apabila peranti ditukar; dalam sistem analog, isyarat punca semasa dijana apabila muatan semasa berubah.

Tidak ada yang lebih penting untuk merancang sirkuit daripada sistem kuasa yang boleh dipercayai dan sempurna. Dalam semua masalah EMC, masalah utama disebabkan oleh pendaratan yang salah. Terdapat tiga kaedah pendaratan isyarat: titik tunggal, titik berbilang, dan campuran. Kaedah pendaratan titik tunggal boleh digunakan bila frekuensi lebih rendah dari 1MHz, tetapi ia tidak sesuai untuk frekuensi tinggi. Dalam aplikasi frekuensi tinggi, lebih baik untuk menggunakan pendaratan berbilang titik. Pendaratan hibrid adalah kaedah pendaratan titik tunggal untuk frekuensi rendah dan pendaratan berbilang titik untuk frekuensi tinggi. Bentangan kawat tanah adalah kritikal. Gelung tanah sirkuit digital frekuensi tinggi dan sirkuit analog tahap rendah tidak boleh dicampur.

Penghapusan bekalan kuasa-Apabila peranti diaktifkan dan dimatikan, arus sementara akan dijana pada garis kuasa. Strom sementara ini mesti dilumpuhkan dan ditapis keluar. Strom sementara dari sumber di/dt tinggi menyebabkan tekanan tanah dan jejak "emisi". Di/dt tinggi menghasilkan julat luas arus frekuensi tinggi yang menggairahkan komponen dan kabel untuk radiasi. Perubahan semasa dan induktansi mengalir melalui wayar akan menyebabkan titik tegangan, yang boleh diminumkan dengan mengurangkan induktansi atau perubahan semasa melalui masa.

Kabel papan sirkuit cetak PCB-Design-Proper (PCB) adalah penting untuk mencegah EMI.

Teknologi untuk mengurangi bunyi

Ada tiga cara untuk mencegah gangguan:

1. Memegang emisi sumber.

2. Buat laluan sambungan tidak berkesan yang mungkin.

3. Buat sensitiviti penerima kepada transmisi sebanyak mungkin.

Berikut menggambarkan teknologi pengurangan bunyi aras papan. Teknologi pengurangan bunyi aras papan termasuk struktur papan, pengaturan garis dan penapisan.

Teknologi pengurangan bunyi struktur papan termasuk:

* Adop ground and power plate

* Kawasan plat sepatutnya besar untuk menyediakan impedance rendah untuk pemisahan kuasa

* Minimumkan konduktor permukaan

* Kabel tanah/kuasa terpisah untuk digital, analog, penerima dan penghantar

* Guna garis sempit (4 hingga 8 mils) untuk meningkatkan penimbatan frekuensi tinggi dan mengurangkan sambungan kapasitif

* pisahkan litar pada PCB mengikut frekuensi dan jenis

* Jangan potong PCB, jejak dekat potongan mungkin menyebabkan gelung tidak diinginkan

* Guna papan berbilang lapisan untuk menutup jejak antara bekalan kuasa dan lapisan lantai

* Lupakan struktur papan loop terbuka besar

* Pendaratan berbilang-titik digunakan untuk membuat impedance tanah frekuensi tinggi rendah

* Kekalkan pin tanah lebih pendek daripada 1/20 panjang gelombang untuk mencegah radiasi dan memastikan pengaturan garis impedance rendah. Teknik pengurangan bunyi termasuk 45. Daripada 90. Putar stik, 90. Putar akan meningkatkan kapasitas dan menyebabkan pengendalian karakteristik garis penghantaran berubah

* Simpan jarak antara jejak kegembiraan bersebelahan yang lebih besar daripada lebar jejak untuk minimumkan salib

* Kawasan gelung isyarat jam sepatutnya sebanyak mungkin

* Garis kelajuan tinggi dan garis isyarat jam sepatutnya pendek dan tersambung secara langsung

* Jejak sensitif tidak sepatutnya selari dengan jejak yang menghantar isyarat pertukaran pantas-semasa tinggi

* Jangan mempunyai input digital yang mengapung untuk mencegah penukaran dan generasi bunyi yang tidak diperlukan

* Lupakan jejak bekalan kuasa di bawah oscilator kristal dan sirkuit bunyi lain

* Kuasa, tanah, isyarat dan jejak loop sepatutnya selari untuk menghapuskan bunyi

* Jaga garis jam, bas dan cip dibenarkan dipisahkan dari garis input/output dan sambungan

* Sinyal kuadratur I/O isyarat jam laluan

* Untuk minimumkan saling bercakap, jejak sepatutnya diseberangi pada sudut kanan dan wayar tanah sepatutnya diseberangi

* Sambungan PCB disambung ke tanah chassis, yang menyediakan perisai untuk mencegah radiasi di sempadan sirkuit

* Lindungi jejak kunci (guna jejak 4 mil hingga 8 mil untuk minimumkan induktan, laluan dekat lapisan lantai, struktur sandwich antara lapisan, dan setiap sisi lapisan perlindungan mempunyai tanah)

Teknik penapisan termasuk:

* Penapis tali kuasa dan semua isyarat memasuki PCB

* Guna kondensator keramik induktan rendah frekuensi tinggi (0.1UF untuk 14MHz, 0.01UF untuk lebih dari 15MHz) di setiap titik IC untuk menyambung

* Nyahkopol kuasa/tanah pada pemimpin peranti

* Guna penapisan berbilang-tahap untuk mengurangi bunyi bekalan kuasa berbilang-band

* Melewati semua bekalan kuasa dan pin tekanan rujukan sirkuit analog

* Bypass peranti tukar cepat

Teknik rancangan pengurangan bunyi lain termasuk:

* Embed the crystal oscillator installation on the board and ground it

* Guna penghentian siri untuk minimumkan resonansi dan refleksi transmisi. Kegagalan ketidaksepadan antara muatan dan garis akan menyebabkan refleksi sebahagian isyarat. Refleksi itu termasuk gangguan seketika dan overshoot, yang akan menghasilkan banyak EMI

* Arahkan wayar tanah bersebelahan dekat dengan wayar isyarat untuk mencegah medan elektrik muncul lebih efektif

* Letakkan pemacu garis penyahpautan dan penerima dekat dengan antaramuka I/O sebenar, yang boleh mengurangkan sambungan ke sirkuit lain pada PCB dan mengurangkan radiasi dan sensitiviti

* Shield and twist the interference leads to eliminate mutual coupling on the PCB

* Guna dioda lampu pada muatan induktif

* Tambah perisai jika sesuai

EMC adalah satu isu penting untuk dianggap dalam desain sistem DSP. Teknologi pengurangan bunyi yang sesuai patut diterima untuk membuat sistem DSP memenuhi keperluan EMC.