СВЧ технология - ВЧ - интерференция при проектировании PCB

При проектировании высокочастотных PCB инженеры должны учитывать шум мощности, помехи линии передачи, связь и помехи электромагнитных помех (EMI) из четырех аспектов.

1.Шум питания

В высокочастотных схемах шум от источника питания оказывает значительное влияние на высокочастотные сигналы. Поэтому первое требование заключается в том, что источник питания имеет низкий уровень шума. Здесь не менее важны чистая земля и чистая энергия. - Почему? Характеристики мощности показаны на рисунке 1. Очевидно, что источник питания имеет определенное сопротивление, и сопротивление распределено по всему источнику питания, поэтому шум также накладывается на источник питания. Затем мы должны свести к минимуму сопротивление источника питания, поэтому лучше иметь проприетарный и контактный слои. При проектировании высокочастотных схем источник питания спроектирован в виде слоя, который в большинстве случаев намного лучше, чем форма шины, поэтому схема всегда может следовать пути наименьшего сопротивления. Кроме того, панель питания обеспечивает сигнальную петлю для всех генерируемых и принимаемых сигналов на PCB, что минимизирует сигнальную петлю и снижает шум, что часто упускается из виду разработчиками низкочастотных схем.

Существует несколько способов устранения шума питания при проектировании PCB:

1.1. Прорывное отверстие доски объявлений: сквозное отверстие делает необходимым травить отверстие на силовом слое, оставляя пространство для прохода. Если отверстие в энергетическом слое слишком велико, пострадает сигнальная схема, сигнал будет вынужден объехать, площадь схемы увеличится, а шум также увеличится. В то же время, если некоторые сигнальные линии сосредоточены вблизи отверстия и разделяют это кольцо, общественное сопротивление приведет к последовательным помехам.

1.2 Соединительные линии требуют достаточного количества заземления: для каждого сигнала требуется свой собственный уникальный контур сигнала, а площадь контура сигнала и контура минимальна, т.е. сигнал и контур должны быть параллельными.

1.3. Источники питания аналогового и цифрового источников должны быть разделены: высокочастотные устройства, как правило, очень чувствительны к цифровому шуму и поэтому должны быть подключены отдельно у входа в источник питания. Если сигнал должен пересекать аналоговую и цифровую части, на пересечении сигнала может быть размещено кольцо, чтобы уменьшить площадь кольца. Диапазон между числами, используемыми в сигнальном цикле.

1.4 Избегать дублирования отдельных слоев питания: в противном случае шум цепи легко связывается с паразитными конденсаторами.

1.5. Изолировать чувствительные элементы, такие как PLL.

1.6. Поставьте линию электропитания: чтобы уменьшить сигнальную цепь, поместите линию электропитания на одну сторону сигнальной линии, чтобы уменьшить шум.

Высокочастотная конструкция PCB

2. Линии электропередач

В PCB есть только две линии передачи: полосовая и микроволновая. Самая большая проблема с линией электропередач - отражение. Размышления могут привести к множеству проблем. Например, сигнал нагрузки будет представлять собой наложение исходного сигнала и эхо - сигнала, что усложняет анализ сигнала. Отражение вызывает потери эха, которые столь же серьезны, как и дополнительные шумовые помехи.

2.1 Отражение сигнала обратно к источнику увеличивает системный шум, что затрудняет для приемника различение шума и сигнала.

2.2 По сути, любой отраженный сигнал снижает качество сигнала и изменяет форму входного сигнала. В целом, основным решением является соответствие сопротивления (например, сопротивление межсоединения должно хорошо соответствовать сопротивлению системы), но иногда вычисление сопротивления сложнее, и можно ссылаться на некоторые программные средства для расчета сопротивления линии передачи.

Методы устранения помех на линии передачи при проектировании PCB являются следующими:

2.2.1 Избегать разрыва сопротивления линий электропередачи. Точек разрыва сопротивления, таких как прямые углы и сквозные отверстия, следует избегать, насколько это возможно. Метод заключается в следующем: избегайте прямых углов прямой линии и ходите по 45 градусов или дуге, насколько это возможно, даже на больших изгибах; Используйте как можно меньше отверстий, так как каждое отверстие является разрывом сопротивления, как показано на рисунке 5; Внешние сигналы избегают проникновения внутрь и наоборот.

2.2.2 Не используйте свайные провода. Любые сообщения являются источником шума. Если свайная линия короче, ее можно подключить к концу линии передачи. Если свайная линия длиннее, источником будет основной линии электропередач, что приведет к большему отражению и усложнит проблему. Не рекомендуется его использовать.

3.PCB - связь

3.1 Связь с общим сопротивлением: общий канал связи, т. е. источник помех и интерференционное оборудование, обычно разделяют определенные проводники (например, питание схемы, шины, заземление общего пользования и т.д.).

На этом канале последовательное снижение Ic создает конформное напряжение в токовом контуре, что влияет на приемник.

3.2 Полярная гомоморфная связь приводит к тому, что источник излучения генерирует гомоморфное напряжение на контурах, образующихся в интерференционной цепи, и на общей референтной поверхности. Если магнитное поле играет ведущую роль, то конформное напряжение, генерируемое в цепи последовательного заземления, составляет площадь Vcm = - (Дельта B / Дельта t) * (изменение магнитной индукции в формуле Дельта B =). Если известно электромагнитное поле, индукционное напряжение составляет Vcm = (L * h * F * E) / 48. Эта формула применима в случаях, когда L (m) = менее 150 МГц, при превышении этого предела расчет максимального индукционного напряжения может быть упрощен до Vcm = 2 * h * E.

3.3 Связь с дифференциальным полем: прямое излучение, получаемое парами выводов или выводами и их схемами на платах. Как можно ближе к двум проводам. Эта связь значительно уменьшается, поэтому вы можете скрутить два провода вместе, чтобы уменьшить помехи.

3.4 Межлинейная связь (последовательное возмущение) может привести к нежелательной связи между любыми линиями, равными параллельным схемам, что серьезно повредит производительности системы. Их можно разделить на конденсаторные и сенсорные помехи. Первое связано с тем, что паразитная емкость между линиями приводит к тому, что шум на источнике шума связывается с линией приема шума через инжекционный ток. Последнее можно представить как связь сигналов между начальными частями нежелательных паразитных трансформаторов. Размер сенсорных помех зависит от близости двух петель, площади дороги и сопротивления пострадавшей нагрузки.

3.5 Связь ЛЭП означает, что линии электропередач переменного тока или постоянного тока подвергаются электромагнитным помехам, которые затем передаются ЛЭП на другое оборудование.

Существует несколько способов устранения помех при проектировании PCB:

3.5.1 Размер обоих последовательных помех увеличивается с увеличением сопротивления нагрузки, поэтому сигнальные линии, чувствительные к помехам, вызванным последовательными помехами, должны быть надлежащим образом соединены.

3.5.2. Максимальное увеличение расстояния между сигнальными линиями может эффективно уменьшить допустимые последовательные помехи. Управление заземлением, разделение проводов (например, между активными сигнальными линиями и линиями заземления, особенно между линиями сигналов с скачками состояния и линиями заземления) и снижение индуктивности проводов.

3.5.3 Вставка заземления между соседними сигнальными линиями также может эффективно уменьшить допустимые последовательные помехи, которые требуют, чтобы заземление соединялось с пластом каждые четверть длины волны.

3.5.4 Для воспринимаемого тандема, если это разрешено, площадь кольца должна быть сведена к минимуму и устранена.

3.5.5 Избегать цепей совместного использования сигналов.

3.5.6. Внимание к целостности сигнала: проектировщикам необходимо провести концевое соединение во время сварки, чтобы решить проблему целостности сигнала. Разработчики этого метода могут сосредоточить внимание на микрополосной длине медной фольги для защиты, чтобы получить хорошую целостность сигнала. Для систем с плотными разъемами в архитектуре связи дизайнеры могут использовать PCB в качестве зажима.

4. Электромагнитные помехи

По мере увеличения скорости EMI будет становиться все более серьезным и проявляться во многих аспектах (например, электромагнитные помехи в межсоединениях). Высокоскоростные устройства особенно чувствительны к этому, поэтому они получают высокоскоростные ложные сигналы, которые низкоскоростные устройства игнорируют.

Существует несколько способов устранения EMI при проектировании PCB:

4.1 Уменьшение кольца: каждая петля эквивалентна одной антенне, поэтому нам нужно минимизировать количество петель, площадь кольца и антенный эффект кольца. Убедитесь, что сигнал имеет только одну петлю в любой точке, избегая искусственного кольца и используя как можно больше силовых слоев.

4.2 Фильтр: Фильтр может использоваться для снижения EMI линий электропитания и сигнальных линий. Существует три способа: развязывающие конденсаторы, EMI - фильтры, магнитные элементы.

4.3. Щиты. Поскольку статья слишком длинная, а также многие статьи, блокирующие обсуждение, больше не будут подробно описаны.

4.4. Минимизация скорости высокочастотного оборудования.

4.5. Увеличьте диэлектрическую константу пластины PCB для предотвращения внешнего излучения высокочастотных компонентов, таких как линии передачи вблизи пластины. Увеличение толщины пластины PCB и минимизация толщины микрополосных линий могут предотвратить переполнение электромагнитных линий и излучения.

5. Резюме:

При проектировании высокочастотных PCB мы должны придерживаться следующих принципов:

5.1. Объединение и стабильность энергоснабжения и земельных ресурсов.

5.2. Тщательная проводка и правильное торцевое соединение устраняют отражение.

5.3. Тщательная проводка и правильное торцевое соединение могут уменьшить допуск и сенсорные помехи.

5.4. Требуется подавление шума для удовлетворения требований EMC.