Новости PCB - исследование электромагнитной совместимости электрических панелей PCB

с повышением производительности полупроводниковых приборов и инновациями в технологии коммутации, power electronic technology has been widely used in various power supply equipment. сейчас, the products of switching power supply tend to be small, высокая скорость PCB высокая плотность. This trend has caused electromagnetic compatibility problems to become more and more serious. The high-frequency switching process of voltage and current produces a large amount of EMI (electromagnetic interference). If this part of the interference is not restricted, Это серьезно скажется на нормальной эксплуатации окружающего электрооборудования. Therefore, the PCB design of the switching power supply is a vital aspect to solve the electromagnetic compatibility problem of the switching power supply. PCB считается важным элементом при проектировании электрических и механических элементов, необходимых для выключения электропитания, так как он отвечает за двойное подключение электрических и механических элементов к питанию и является ключом к снижению конструкции EMI электронного оборудования.

1 Electromagnetic interference in PCB design

1.1 помехи от электромагнитной связи

In circuit design, интерференция электромагнитной связи воздействует на другие схемы главным образом посредством проводниковой связи и сопутствующего импеданса. From the perspective of EMC design, переключающая цепь питания отличается от обычной цифровой, and have relatively obvious interference sources and sensitive lines. Вообще говоря, the interference sources of switching power supplies are mainly concentrated on components and wires with large voltage and current rate of change, полевой силовой транзистор, fast recovery diodes, высокочастотный трансформатор и соединительный провод. Sensitive lines mainly refer to control circuits and lines directly connected to interference measurement equipment, Потому что связь этих помех может непосредственно влиять на нормальное функционирование цепи и ее передачу на уровень внешних помех. The common-mode impedance coupling means that when the currents of two circuits pass through a common impedance, the voltage formed by the current of one circuit on the common impedance will affect the other circuit.

1.2 последовательные помехи

интерференция между полосами, wires, and cables in the printed circuit board (PCB) is one of the most difficult problems to overcome in the circuit of the printed circuit board. The crosstalk mentioned here is a crosstalk in a broader sense, источник полезный сигнал или шум, crosstalk is expressed by the mutual capacitance and mutual inductance of wires. например, a strip line on the PCB carries control and logic levels, на второй полосе рядом с ним несёт сигналы низкого уровня. когда длина параллельных проводов превышает 10 см, crosstalk interference is expected; When a long cable carries several sets of serial or parallel high-speed data and remote control lines, Одной из главных проблем стала также интерференция. The crosstalk between adjacent wires and cables is caused by the electric field passing through mutual capacitance and the magnetic field passing through mutual inductance.

При рассмотрении вопроса о сопротивлении в панелях PCB главный вопрос заключается в определении того, что более важно в связи между электрическим полем (емкостью) и магнитным полем (взаимностью). определение связанных моделей зависит главным образом от линейных сопротивлений, частоты и других факторов. обычно конденсаторная связь доминирует в высокочастотной связи, но если один или два источника или приемника используют экранированный кабель и заземляются на обоих концах экрана, то преобладает магнитная связь. Кроме того, при низкой частоте сопротивление низкой цепи обычно является низким, а индуктивная связь является основным фактором.

1.помехи от электромагнитного излучения

радиационные помехи вызваны радиацией электромагнитных волн в космосе. электромагнитное излучение PCB делится на две категории: разностное излучение и сопутствующее излучение. В большинстве случаев помехи проводимости, создаваемые переключателем питания, в основном связаны с сопутствующей помехой, и излучатель, работающий с общим шаблоном, должен быть гораздо больше помех, чем разностный модуль. Поэтому при проектировании EMC для переключения питания особенно важно уменьшить помехи в симуляторах. (^ ^ RFSW \ \ \ \ \ 35dg $% t)

2. шаги подавления помех PCB

2.1 PCB design information

при проектировании PCB вам нужно знать информацию о конструкции платы, включая следующее:

(1) Number of devices, размер устройства, and device packaging;

(2) Общие требования к компоновке, расположение деталей, наличие мощных устройств и специальные требования к теплоотдаче для чипов;

(3) The speed of the digital chip, разделение PCB на медленные, medium-speed and high-speed areas, И какие поля ввода и вывода интерфейса;

4) тип и скорость сигнальной линии, а также направление передачи, требования импедансного контроля линии сигнала, направление и вождение шины, основные сигналы и защитные меры;

(5) Power supply type, тип земли, noise tolerance requirements for power supply and ground, Настройка и деление питания и уровня земли;

(6) тип и скорость часовой линии, источник и назначение часовой линии, требования задержки часов и требования максимальной длины монтажа.

2.2 PCB layering

First, determine the number of wiring layers and power supply layers required to implement the function within an acceptable cost range. слоистость платы определяется такими факторами, как подробные функциональные требования, immunity, разделение категорий сигналов, device density, монтаж шины. At present, плата постепенно развивается из одного слоя, двойной, and four-layer boards to more-layer circuit boards. проектировать многослойная печатная плата is the main measure to achieve electromagnetic compatibility standards. The requirements are:

(1) The distribution of separate power layer and ground layer can well suppress inherent common mode interference and reduce point source impedance;

(2) как можно ближе к поверхности электропитания и плоскости земли, как правило, над поверхностью источника питания;

(3) It is best to lay out digital circuits and analog circuits in different layers;

(4) прокладка проводов предпочтительно соседствует со всей металлической плоскостью;

(5) Clock circuits and high-frequency circuits are the main sources of interference and should be dealt with separately.

2.3 схема PCB

ключ к проектированию печатной платы EMC - макет и проводка, которые непосредственно связаны с характеристиками платы. В настоящее время система EDA имеет низкий уровень автоматизации и требует больших объемов ручной работы. перед раскладкой необходимо определить размер PCB для выполнения функций при минимальных затратах. Если PCB имеет слишком большие размеры и разброс деталей в процессе компоновки, то линия передачи может быть очень длинной, что увеличивает сопротивление, снижает шумоустойчивость и увеличивает расходы. Если устройство сосредоточено, теплоотдача плохая, соседний канал записи может легко создавать связи. Поэтому схема должна строиться на основе функциональных элементов схемы с учетом таких факторов, как электромагнитная совместимость, теплоотдача и интерфейс. общая схема должна строиться на следующих принципах:

(1) Arrange each functional circuit unit according to the flow of the circuit signal to keep the signal flow in the same direction;

(2) центр основных элементов элементов функциональных схем, вокруг которых расположены другие компоненты;

3) сводить к минимуму подключение высокочастотных элементов и сводить к минимуму параметры их распределения;

4) чувствительные к помехам элементы не должны быть слишком близко, а входные и выходные элементы должны быть удалены;

5) предотвращать связь между линиями электропитания, высокочастотными сигнальными линиями и общими проводами.

2.монтаж PCB

1) принцип подключения

время соединения, classify all signal lines. Первое расположение тактовых и чувствительных сигналов, and then route the high-speed signal lines. после обеспечения того, чтобы отверстие для пропускания таких сигналов было достаточно маленьким и хорошо распределённым, then route the general unimportant signal lines. следует руководствоваться следующими принципами:

1) провода на входе и выходе должны быть как можно дальше от параллельных линий на большом расстоянии от соседних; для уменьшения последовательности длинных параллельных проводов можно увеличить расстояние между линиями или между ними вставить заземление;

2) ширина платы не должна резко меняться, провода не должны резко разворачиваться. по мере возможности, продолжайте сопротивление цепи. печатные линии передачи обычно по дуге или углу 135 °с;

3) уделение особого внимания распределению электропитания и заземления в высокочастотных схемах;

4) Reduce the wire loop area in the current flow process, because the external radiation of the current-carrying loop is proportional to the passing current, площадь контура и частота сигнала;

5) размещение на штепселе платы большего числа разъёмных вводных пят заземления, что поможет уменьшить площадь контура и сопротивление заземления для прокладки проводов на выводе платы;

6) уменьшение длины и увеличение ширины провода поможет снизить сопротивление провода.

(2) EMC wiring design of printed circuit

В соответствии с схемой распределения поля помех для проектирования печатных схем EMC проводки, основная идея которой заключается в том, чтобы поставить чувствительные схемы в более слабое место помех. Затем, исходя из предложенной концепции "коэффициента связи", в реальном масштабе времени рассчитывается размер емкости, распределенной между печатными схемами, и в процессе проектирования регулярно вносятся изменения и улучшения в PCB, что позволяет эффективно снижать проводимость PCB.

для выбора подходящей схемы, сначала рассчитайте схему распределения интенсивности помех для источника помех. Большинство переключателей электропитания имеют частоту переключения между десятками кГц и несколькими МГц, поэтому поле помех на поверхности PCB может использоваться для квазистатического анализа поля. при этом допущении количество полей может быть описано как произведение отдельных пространственно - временных величин. Таким образом, смещение тока J (x, y, z, t) может быть написано:

By solving Laplace equation (2), пространственная составляющая потенциала каждой точки в пространстве может быть решена, После вычисления умножения на диэлектрическая константа можно получить соответствующую пространственную составляющую плотности тока смещения. по глазам, the corresponding Research on electromagnetic compatibility of switching power supply PCB board

схема защиты от помех PCB

цифровая система управления питанием больших выключателей, Каждая логическая установка имеет соответствующий уровень клапана и ограничение шумов. до тех пор, пока внешние шумы не выходят за пределы допуска логической аппаратуры, система может работать нормально. However, при проникновении в систему шум или помехи превышают определенную толерантность, the interference signal will be amplified and shaped by the logic device, Это стало важной причиной неисправности. The most sensitive of the single chip microcomputer system is the clock signal, сигнал сброса и прерывания. These three signal lines should be paid special attention when laying out the PCB. при выполнении функции, кристаллический генератор с минимальной частотой выборки.

Псы на входе - это одна из мер по борьбе с помехами. когда мощные электромагнитные помехи, пиковые помехи сетки приводят к отключению монолитной системы, дверные цепи собак могут автоматически обнаруживать и восстанавливать программы.

данные RAM часто разрушаются, когда системы сильно повреждены и они теряют нормальную работу. Таким образом, помимо тщательного проектирования энергосистем, необходимо также разработать надежные системы защиты памяти.

схема обмена информацией между шинами данных, адресными шинами и контрольными шинами. Если увеличить нагрузку шины, то, когда шинная передача будет продолжаться дольше, форма сигнала улучшится. в это время необходимо настроить трехфазную буферную заслонку в качестве шинного привода. Кроме того, обратите внимание на обеспечение сбалансированности нагрузки на автобус.

The installation of pull-up resistors on the bus can improve the reliability of bus signal transmission, не только поднять уровень сигнала, В то же время повышается сопротивляемость пассажирских вагонам электромагнитным помехам, suppress electrostatic interference, ослабление помех от отраженных волн. When the chip has a built-in pull-up resistor, Нет необходимости устанавливать растягивающий резистор во внешней цепи. For the chip pins on the circuit, закрепление неиспользованных входных зажимов на высоком уровне может усилить подавление внешних электромагнитных помех.