Дизайн PCB - Анализ и проектирование высокоскоростных схем

электромагнитная совместимость означает, что электрические и электронные системы и устройства работают в заданном уровне безопасности в определённой электромагнитной среде, Они не повреждаются или не ухудшаются из - за внешних электромагнитных помех. At the Same time, Они производят электромагнитное излучение не более чем на проверенном предельном уровне, and does not affect the normal operation of other electronic equipment or systems, Таким образом, достигается цель, system and system, и надёжно сотрудничать.

1 электромагнитный фактор совместимости

(1) Frequency characteristics of resistance. в одном digital circuit, главная функция резистора заключается в ограничении тока и определении уровня фиксации. In a высокочастотная цепь, высокочастотная паразитная емкость с двумя концами резистора повредит нормальной. The pin inductance of the same resistance has a great influence on the EMC of the circuit.

(2) The frequency characteristic of the capacitor. Capacitors are generally used in the power bus. Они предложили отцепку, bypass and maintain a fixed DC voltage and current. Однако, inвысокочастотная цепьs, when the operating frequency of the circuit exceeds the self-resonant frequency of the capacitor, паразитная индуктивность сделает конденсатор индуктивной характеристикой, Таким образом, теряется первоначальная функция, влияющая на производительность цепи.

(3) частотные характеристики индуктивности. индуктивность используется для управления EMI в печатная плата. когда рабочая частота цепи увеличивается, эквивалентное сопротивление индуктивности увеличивается с увеличением частоты. когда рабочая частота цепи превышает верхний предел частоты работы индуктивности, она влияет на нормальную работу схемы.

4) частотные характеристики проводов. линия следов на проводах печатная плата и элементов имеет паразитную индуктивность и емкость. Эти паразитные индуктивность и емкость влияют на частотные характеристики проводов, что может привести к резонансу между элементами и проводами и стать важной передающей антенной для электромагнитных помех. обычно провода демонстрируют резисторные свойства на низких частотах и индуктивные свойства на высокочастотных участках. Таким образом, на печатная плата обычно требуется, чтобы длина провода была меньше одной двадцатой длины волны рабочей частоты, с тем чтобы не допустить превращения провода в источник электромагнитных помех.

5) статическое электричество. Проблема электростатических разрядов превратилась в большую опасность для электронной продукции, которая может нанести постоянный ущерб. Поэтому при проектировании продукции необходимо принимать соответствующие меры по защите от статического электричества. К числу часто применяемых антистатических мер относятся отбор антистатических материалов, принятие мер по электрической изоляции, повышение прочности изоляции продукции, установка хороших электростатических экранов и разрядных каналов.

6) питание. в связи с широким применением высокочастотных переключателей питания и увеличением нагрузки на электроэнергию, помехи от энергоснабжения продукции становятся важным фактором, влияющим на характеристики продуктов EMC. Таким образом, некоторые чувствительные к помехам устройства не используют непосредственно источник переменного тока, а переключаются на источник постоянного тока. Хотя это увеличивает сложность и стоимость системы, это способствует повышению ее стабильности.

7) молния. молния, по сути, является процессом сильного электростатического разряда, который нейтрализует положительный и отрицательный заряд. вызванный этим мощный электромагнитный импульс является основной причиной повреждения различных электронных устройств. воздействие молнии на электронное оборудование включает прямые удары и индукционные мины. В настоящее время различные виды внутренней электронной аппаратуры, как правило, не защищены от прямого удара, однако они по - прежнему уязвимы для поражения индуктивными минами. для обеспечения безопасного функционирования электронного оборудования необходимо обеспечить его защиту от мин. К числу общих мер по борьбе с минной опасностью относятся установка молниеотводов, молниеотводов и кабелей для защиты от мин.

два элемента электромагнитной совместимости

об этом свидетельствуют как теоретические, так и практические исследования., regardless of a complex system or a simple устройство, Любые электромагнитные помехи должны отвечать трем основным условиям: наличие определенного источника помех, полный канал связи с помехами, and the response of the interfered object.

2.1 Источники электромагнитных помех

источник электромагнитных помех - любой элемент, device, equipment, системы или природные явления, создающие электромагнитные помехи. High-frequency circuits are particularly sensitive to electromagnetic interference, Поэтому необходимо принять меры для подавления электромагнитных помех. Through theoretical and experimental analysis, Как известно высокочастотная цепьs, электромагнитные помехи возникают главным образом в следующих областях:

(1) помехи от работы оборудования

а) при работе цифровых схем возникают электромагнитные помехи.

(B) Electromagnetic field interference caused by changes in signal voltage and current.

2) шумовые помехи высокочастотных сигналов

(а) последовательные помехи: это означает, что при загрузке сигнала на канал передачи на сервер, из - за электромагнитной связи, он негативно влияет на соседние линии передачи. Создается впечатление, что сигнал помех привносит определенное напряжение связи и ток связи. слишком много помех может привести к неисправному запуску цепи, задержке во времени и невозможности нормального функционирования системы.

B) Потери эхо - сигнала: высокочастотные сигналы отражаются при прохождении кабелей и средств связи в случае неоднородности волновых сопротивлений. это отражение не только увеличивает потери при передаче сигнала, но и искажает передаваемый сигнал, что сильно влияет на производительность передачи.

(3) помехи от электроснабжения

шум питания в машинепечатная платашум или помехи, вызванные главным образом самим питанием, в основном:. шум распределения, вызываемый собственным сопротивлением источника; 2. common mode field interference; 3. помехи в поле дифференциальных мод; 4. line-to-line Interference; 5. связь электрических линий.

(4) Ground noise interference

Благодаря Сопротивлению и сопротивлению на линии земля, когда ток проходит по ней, возникает падение напряжения. когда ток достаточно большой или рабочая частота достаточно высока, падение напряжения будет достаточно большим, чтобы вызвать помехи в цепи. помехи от шума, вызываемые Заземляющими линиями, включают в себя, главным образом, помехи от заземляющего контура и помехи от связи с общим сопротивлением.

(а) помехи в заземляющем контуре: при подключении нескольких функциональных элементов к заземленной линии, если ток в заземлении достаточно велик, то подключение кабеля между устройствами приведет к понижению напряжения. из - за несбалансированности электрических характеристик между различными схемами ток на каждом проводе будет разниться, и поэтому на цепь будет влиять дифференциальное напряжение мод. Кроме того, внешнее электромагнитное поле может вызвать помехи, индукция тока в цепи заземления.

B) помехи, связанные с общим сопротивлением; в тех случаях, когда многофункциональные ячейки делятся одной и той же линией земли, из - за присутствия сопротивления заземления геопотенциал каждой ячейки может быть модулирован друг с другом, что приводит к помехам между сигналом каждой ячейки. в высокочастотных схемах схемы работают в режиме высокой частоты, и сопротивление заземления обычно больше. в это время особенно заметны совместные помехи сопротивлению.

есть два способа устранения связи с общим сопротивлением: один - снизить сопротивление части общей земли, so that the voltage on the common ground is also reduced, связь с общим сопротивлением. Another method is to avoid the common grounding of circuits that are easy to interfere with each other through proper grounding. В общем, avoid the common grounding of high-current circuits and weak-current circuits, общее заземление цифровых и аналоговых схем. Как отмечалось выше, the core problem of reducing the impedance of the ground wire is to reduce the inductance of the ground wire. Это включает использование плоского проводника в качестве геоида, and using multiple parallel conductors that are far apart as a ground wire. For printed circuit boards, прокладка заземленной сети на двухслойной доске может эффективно снизить сопротивление заземления. In a multilayer board, единичное сопротивление линии очень маленькое, but it will increase the cost of the circuit board. . способ заземления, позволяющий избежать общих сопротивлений при надлежащем заземлении, заключается в соединении с одной точкой. недостаток параллельного заземления - слишком много заземления. Therefore, фактически, it is not necessary for all circuits to be connected in parallel with single-point grounding. схема меньше помех друг другу, single-point grounding in series can be used. например, circuits can be classified according to strong signal, слабый сигнал, analog signal, цифровой сигнал, etc., одноточечное заземление в аналогичных схемах, and single-point grounding in parallel for circuits of different types.

канал с подавленной связью

К числу основных каналов связи с электромагнитными помехами в высокоскоростных схемах относятся радиационная связь, связь с проводимостью, емкостная связь, связь с индуктивностью, связь мощности и связь с заземлением.

радиационная связь, the main suppression method is to use electromagnetic shielding to effectively isolate the interference source from the sensitive object.

Что касается электропроводной связи, то основной метод заключается в рациональном расположении высокоскоростных сигнальных линий при сигнальной проводке. Следует избегать, насколько это возможно, проводов, используемых для ввода и вывода зажимов, во избежание обратной связи или помех. заземление может быть добавлено между двумя параллельными проводами, чтобы изолировать их. Что касается внешних линий связи, то следует как можно сократить вводный провод и увеличить входное сопротивление. лучше экранировать ввод аналоговых сигналов. когда сопротивление линии сигнала на платы не совпадает, оно вызывает отражение сигнала. когда печатный провод длинный, индуктивность цепи вызывает демпфирование и колебания. последовательным демпфирующим сопротивлением (обычно удельное сопротивление 22,5 × 1582х2, типичное значение 470hm) может эффективно подавлять колебания, повышать помехоустойчивость и улучшать формы колебаний.

интерференция связи между индуктивностью и емкостью может подавляться выбором подходящего элемента, индуктивностью и емкостью, которые должны выбираться в соответствии с частотными характеристиками различных элементов, а для других - в соответствии с частотными характеристиками различных элементов. Выберите паразитную индуктивность и менее ёмкостные устройства. С другой стороны, разумная компоновка проводов, стараясь избегать параллельной проводки на большие расстояния. соединение между точками электрического межсоединения в цепи должно быть коротким. угол поворота линии сигнала (особенно высокочастотного сигнала) должен быть спроектирован в направлении 45 градусов, или в виде круглых или дуговых, и не должен быть построен под углом, не превышающим или равным 90 градусов. соседние поверхностные провода имеют форму вертикальной, наклонной или кривой траектории, с тем чтобы уменьшить паразитную емкость и индуктивность отверстий. Чем короче подвод между отверстиями и концами, тем лучше, чтобы можно было рассмотреть возможность объединения нескольких отверстий. или микропористость, чтобы уменьшить эквивалентную индуктивность. при выборе герметизации элементов следует выбрать стандартную герметизацию, чтобы уменьшить сопротивление проводов и паразитную индуктивность, возникающую в результате неправильной упаковки.

Что касается связи и заземления с питанием, то следует прежде всего обратить внимание на снижение сопротивления линий электропитания и заземления, а также принять необходимые меры для предотвращения искажений и колебаний формы волн, вызываемых общественным сопротивлением, последовательным сопротивлением и отражением. блокирующий конденсатор соединяется между линией электропитания каждой интегральной схемы и заземленным проводом для сокращения пути тока выключения. линии электропитания и заземления спроектированы как сетка, а не гребенка. Это потому, что форма сетки может значительно сократить контур, снизить сопротивление линии и уменьшить помехи. при установке нескольких интегральных схем на печатных платах некоторые элементы потребляют большую мощность, заземляющие линии имеют большую разность потенциалов, образуя общие помехи сопротивлению, рекомендуется проектировать заземляющие линии как замкнутые, без разности потенциалов, с высоким пределом шумов. провода должны быть как можно более короткими, и заземление каждой интегральной схемы должно быть соединено с входом в панель с минимальным расстоянием, с тем чтобы уменьшить выброс печатных проводов. Держите заземляющие линии и линии электропитания в соответствии с направлениями передачи данных, чтобы повысить уровень шумовой вместимости платы. Попробуйте использовать многослойные печатные платы, чтобы уменьшить разность потенциалов заземления и уменьшить последовательное возмущение между линиями электропитания и сигнальными линиями. в тех случаях, когда нет многослойных плит и необходимо использовать двухстороннюю панель, заземление должно быть максимально широким. обычно толщина заземления должна в три раза превышать фактический ток проходящего провода. общественные линии электропередач и заземления, насколько это возможно, расположены по обе стороны печатных плат. Включите танталовый конденсатор, подключенный к разъему шины электропитания, и соединяйте конденсатор высокой керамики с конденсатором развязки, соединяющим 0,01 и 15¼ F, и конденсатор с конденсатором развязки.

2.3 защита чувствительных объектов

защита чувствительных объектов сосредоточена главным образом на двух аспектах.. с одной стороны, the channel between sensitive objects and electromagnetic interference is cut off. Во - вторых, понижение чувствительности чувствительных объектов.

чувствительность электронного оборудования - это обоюдный меч. с одной стороны, пользователь надеется, что электронное оборудование будет обладать высокой чувствительностью, чтобы повысить способность получать сигналы; С другой стороны, высокая чувствительность также означает, что они более подвержены воздействию шума. Поэтому чувствительность электронного оборудования должна определяться в каждом конкретном случае.

для аналоговых электронных устройств обычно используются такие предпочтительные схемы, как проектирование низкошумовых схем, уменьшение полосы пропускания, подавление передачи помех, сбалансированный вход, подавление помех и выбор высококачественного источника питания. Эти методы позволяют эффективно снизить чувствительность электронного оборудования к электромагнитным помехам и повысить его сопротивляемость помехам.

для цифрового электронного оборудования, если позволяют рабочие показатели, следует использовать Цифровые схемы с высоким разрешением шумов постоянного тока. например, Цифровые схемы CMOS имеют постоянный допуск к шуму, намного превышающий допустимый уровень TTL; Если показатель позволяет, попробуйте использовать цифровую схему с низкой скоростью выключения, так как чем выше скорость выключения, тем быстрее будет изменяться напряжение или ток, тем легче будет создавать помехи связи между схемами; при допустимых схемах пороговое напряжение следует, насколько это возможно, повышать и пороговое напряжение, устанавливая перед контуром делитель напряжения или трубка регулирования напряжения; Даже если импеданцы нагрузки равны волновому сопротивлению линии сигнала, для устранения цифровой передачи сигнала используется метод согласования импедансов нагрузки. в этом процессе из - за преломления и отражения возникают искажения. в нормальных условиях защита чувствительных объектов должна сочетаться с экранированным источником помех и каналом подавления связи, а на практике, в зависимости от обстоятельств, периодически экспериментироваться для достижения оптимального защитного эффекта.

Резюме

The electromagnetic compatibility analysis and design of high-speed circuit boardsis a very systematic work and requires a lot of work experience accumulation. проектирование с электромагнитной совместимостью является одним из ключевых элементов обеспечения функциональности электронных систем и выполнения проектных показателей. As the complexity of electronic systems increases and operating frequencies increase, все более заметна роль электромагнитных совместимых конструкций в электронном проектировании. а главное.