Дизайн PCB - высокочастотный анализ помех в проектировании PCB

проектировать панель PCBs, с ростом частоты, many interferences different from the design of low-frequency панель PCBявиться. Moreover, с увеличением частоты, the contradiction between the miniaturization and low cost of панель PCBЭти проблемы становятся все более очевидными. эти помехи становятся все более сложными. в the actual research, подводим итоги., Основные четыре вида помех, including power supply noise, помехи от линии передачи, coupling, and electromagnetic interference (EMI). Through analyzing various interference problems of высокочастотный PCB, комбинированная практика, an effective solution is proposed.

1. Power supply noise

In the высокочастотная цепь, the noise of the power supply has a particularly obvious influence on the high-frequency signal. поэтому, the first requirement is that the power supply is low-noise. здесь, a clean ground is as important as a clean power source. Но почему?? The power characteristic is shown as in Fig. 1. Obviously, питание имеет определённое сопротивление, импеданцы распределены по всей мощности, so noise will also be superimposed on the power supply. Тогда мы должны как можно меньше ослабить сопротивление питания, so it is best to have a dedicated power layer and ground layer. In высокочастотная цепь design, иерархическое проектирование источника питания, and in most cases it is much better than the design in the form of a bus, Таким образом, контур может всегда идти по минимальному пути сопротивлений. In addition, панель питания должна обеспечивать сигнальный контур для всех генерируемых и принимаемых сигналов PCB, so that the signal loop can be minimized, снижение шума, which is often overlooked by low-frequency circuit designers.

Figure 1 Power supply characteristics

There are several ways to eliminate power supply noise in PCB design.

1. Обратите внимание на отверстие на платы: отверстие для протравливания слоя питания необходимо для того, чтобы оставить проходное пространство. Если слой мощности будет пропускать большой, то он непременно повлияет на сигнальный контур, сигнал будет вынужден обход, площадь контура увеличится, шум увеличится. В то же время, если некоторые линии сигнализации сосредоточены вблизи отверстия и разделены контуром, то общее сопротивление может привести к последовательному вмешательству. Как показано на диаграмме 2.

Figure 2 Common path of bypass signal circuit

2. соединительная линия требует достаточно заземления: каждый сигнал должен иметь свой специальный сигнальный контур, сигнализация и кольцевая неразвёртывающаяся линейчатая должны быть как можно меньше, То есть, the signal and the loop should be parallel.

3. The power supply of analog and digital power supply should be separated: high-frequency devices are generally very sensitive to digital noise, Поэтому они должны быть отделены и соединены между входом в систему питания. Если сигнал необходимо пересекать аналого - цифровую часть, кольцевая дорога может быть установлена на перекрестке, чтобы уменьшить площадь контура. The crossover between digital and analog used in the signal loop is shown in Figure 3.

Рисунок 3 цифровое и аналоговое пересечение контуров сигналов

4. Avoid overlapping of separate power supplies between different layers: otherwise circuit noise is easily coupled through parasitic capacitance.

изоляция чувствительных компонентов, таких, как PLL.

6. размещение линий электропитания: для сокращения числа сигнальных цепей линия электропитания устанавливается на краю линии сигнала, чтобы уменьшить шум, как показано на рисунке 4.

Figure 4 Place the power line on the edge of the signal line

2, the transmission line

в PCB есть только две возможные линии передачи: ленточные и микроволновые. самая большая проблема с линией передачи - это отражение. размышления порождают много вопросов. например, нагрузочные сигналы будут представлять собой наложение первичных и эхо - сигналов, что усложняет анализ сигналов; отражение вызывает потери эхо - сигнала (потеря эха), последствия которого столь же серьезны, как и влияние аддитивного шума:

сигнал, отражающий источник обратного сигнала, увеличивает системный шум и затрудняет проведение различия между шумом и сигналом приемника;

2. любой отраженный сигнал в основном снижает качество сигнала и изменяет форму входного сигнала. в принципе, решение заключается главным образом в согласовании сопротивлений (например, взаимные импеданцы должны хорошо согласовываться с сопротивлением системы), но иногда бывает трудно вычислить импедансы, и можно использовать некоторые линии сопротивлений для вычисления программного обеспечения.

PCB спроектирован таким образом, чтобы устранить помехи на линии передачи:

(а) избегайте разрыва сопротивлений линии передачи. точка разрыва импеданса - точка, в которой происходит мутация линии передачи, например, прямой угол, проходное отверстие ит.д., следует избегать. метод: избегайте прямой угол траектории, попробуйте угол 45Ўг или радиан, большой изгиб возможен; используйте минимальное количество проходных отверстий, так как каждое отверстие является импедансным разрывом, как показано на рисунке 5; внешний сигнал не проходит через внутренний слой и наоборот.

Figure 5 Methods to eliminate transmission line interference

(B) Do not use stubs. Потому что любой корень шумов. If the stub line is short, Он может быть прерван в конце линии передачи; Если линия памяти длинна, the main transmission line will be used as the source, Это вызовет значительное отражение и усложнит проблему., so it is not recommended to use it.

три, coupling

связь с общим сопротивлением: связь с общим сопротивлением представляет собой общий канал связи, при котором источник помех и блокируемое оборудование часто используются в качестве проводников (например, питание контура, шины, открытое заземление и т.д.

Figure 6 Common impedance coupling

On this channel, снижение в Ic приводит к созданию сопутствующего напряжения в цепи последовательного тока, which affects the receiver.

2. The field common mode coupling will cause the radiation source to cause common mode voltage on the loop formed by the interfered circuit and the common reference plane. Если магнитное поле преобладает, the value of the common mode voltage generated in the series ground loop is Vcm=-(△B/△t)*area (△B=change in magnetic induction intensity). если это электромагнитное поле, когда значение электрического поля, its induced voltage: Vcm=(L*h*F*E)/48, the formula is applicable to L(m)=150MHz or less, beyond this limit, the calculation of the maximum induced voltage can be simplified as: Vcm= 2*h*E.

3. связь с полем дифференциальных мод: прямое излучение плата цепиИ это цикл. If it is as close as possible to the two wires. такая связь значительно уменьшится, so two wires can be twisted together to reduce interference.

4. Inter-line coupling (crosstalk) can make any line equal to undesirable coupling between parallel circuits, Это серьезно повредит характеристикам системы. Its types can be divided into capacitive crosstalk and inductive crosstalk. Первый из них потому, что паразитная емкость между линиями через электрический ток инжектирует шум на источнике шума, связанном с линией приема шума; Последние могут рассматриваться как связь сигнала между первичными и вторичными нежелательными паразитными трансформаторами. размер индуктивных помех зависит от близости двух контуров и размера контура, импеданс под воздействием нагрузки.

связь между линиями электропитания: когда линии электропитания переменного или постоянного тока подвергаются электромагнитным помехам, они передаются в другие устройства.

Существует несколько способов устранения сбоев в проектировании PCB:

1. Both types of crosstalk increase with the increase of load impedance, Поэтому линии сигнала, чувствительные к помехам, вызываемым последовательными помехами, должны быть правильно задеты.

2. увеличить расстояние между линиями сигнала, насколько это возможно, и эффективно уменьшить емкостное последовательное возмущение. управление землями, соединяющими пласты, сокращает расстояние между проводами (например, изолирует активные сигнальные линии и заземляющие линии, особенно между линиями сигнала и Заземляющими линиями, находящимися в переходном положении), а также уменьшает индуктивность проводов.

Вставка заземления между смежными сигнальными линиями также может эффективно уменьшить емкостное последовательное возмущение. заземление осуществляется каждые 1 / 4 длины волны.

В случае индуктивных помех следует свести к минимуму площадь контура и, если позволят, устранить его.

5. Avoid signal sharing loops.

6. Обратите внимание на целостность сигнала: Проектировщики должны внедрять концевые соединения во время сварки, чтобы решить проблему целостности сигнала. конструкторы, использующие этот метод, могут следить за длиной полос медной фольги в экране, чтобы получить хорошие характеристики целостности сигнала. для систем, использующих интенсивную связь в структуре связи, разработчики могут использовать PCB для подключения.

электромагнитные помехи

с ростом скорости, EMI will become more and more serious and manifested in many aspects (such as electromagnetic interference at the interconnection). высокоскоростное оборудование особенно чувствительно к этому. Therefore, Они примут высокоскоростной ложный сигнал, while low-speed The device will ignore such false signals.

в структуре PCB есть несколько способов устранения электромагнитных помех:

уменьшение контура: каждая кольцевая цепь соответствует одной антенне, поэтому нам необходимо свести к минимуму количество контуров, их размеры и антенные эффекты. Убедитесь, что сигнал будет иметь только одну кольцевую магистраль в любой точке, чтобы избежать искусственного контура и попробовать использовать слой питания.

2. Filtering: Filtering can be used to reduce EMI both on the power line and on the signal line. есть три способа: развязывающий конденсатор, EMI filters, парамагнитный элемент. The EMI filter is shown in Figure 7.

Figure 7 Types of filters

3. Shielding. из - за проблем с пространством и многочисленных дискуссий, I will not introduce them in detail.

4. Try to reduce the speed of high-frequency devices.

5. Increasing the dielectric constant of the панель PCBзащита от внешнего излучения таких высокочастотных частей, как линия передачи вблизи пластины; увеличить толщину покрытия панель PCBand minimizing the thickness of the microstrip line can prevent the electromagnetic wire from overflowing, Это также может предотвратить радиацию .

At this point of the discussion, Мы можем сделать такой вывод: высокочастотное проектирование PCB, we should follow the following principles:

1. единство и стабильность питания и земли.

2. тщательный монтаж и правильное соединение в конце может устранить отражение.

3. Careful wiring and proper termination can reduce capacitive and inductive crosstalk.

для выполнения требований EMC необходимо ограничить шумы.