Новости PCB - техника проектирования цифровых схем PCB

с повышением степени интеграции интегральных схем, the gradual miniaturization of equipment and the increasing speed of devices, Проблема электромагнитных помех в электронике обострилась. From the point of view of EMC/проектирование электромагнитных помех, properly handling EMC/Проблемы EMI в Европе проектирование PCB stage of the equipment is the most effective and lowest cost means to make the system equipment reach the electromagnetic compatibility standard. в данной статье описывается техника управления EMI в цифровых схемах проектирование PCB.

1. Principle of EMI generation and suppression

The generation of EMI is caused by the electromagnetic interference source transmitting energy to the sensitive system through the coupling path. Она состоит из трех основных форм: проводника или общего заземления, космическая радиация, связь с ближним полем. The hazard of EMI is manifested in reducing the quality of the transmission signal, помехи или даже повреждение цепи или оборудования, making the equipment unable to meet the technical index requirements specified by the electromagnetic compatibility standard.

для подавления электромагнитных помех, the EMI design of digital circuits should be carried out according to the following principles:

.в зависимости от/EMI technical specifications, Эти индикаторы разделены на монолитные схемы и управляются на разных уровнях.

.Control from the three elements of EMI, То есть, interference source, контур связи с энергией, обеспечивать плавную и устойчивую работу схемы.

.Start with the front-end design of the equipment, внимание EMC/EMI design, Снижение себестоимости проектирования.

2. EMI control technology of digital circuit PCB

When dealing with various forms of EMI, specific problems must be analyzed in detail. в проектирование PCB of digital circuits, EMI может управлять следующими областями.

1. Device selection

When designing EMI, we must first consider the speed of the selected device. в любой цепи, if a device with a rise time of 5нс is replaced with a device with a rise time of 2.5ns, EMI will increase by about 4 times. отношение интенсивности излучения EMI к квадрату частоты. The highest EMI frequency (fknee) is also called the EMI emission bandwidth. Это функция времени нарастания сигнала вместо частоты сигнала: fknee = 0.35/Tr (where Tr is the signal rise time of the device )

The frequency range of this radiated EMI is 30MHz to several GHz. в этом диапазоне частот, the wavelength is very short, and even very short wiring on the PCB boardmay become a transmitting antenna. When the EMI is high, схема легко теряет нормальную функцию. Therefore, Выбор устройства, under the premise of ensuring circuit performance requirements, необходимо использовать как можно больше низкоскоростных чипов, and appropriate driving/Используемая приемная схема. In addition, Потому что на выводе устройства есть паразитная индуктивность и паразитная емкость, in high-speed design, влияние упаковки деталей на сигнал нельзя игнорировать, because it is also an important factor in generating EMI radiation. В общем, the parasitic parameters of the patch device are smaller than that of the plug-in device, паразитные параметры упаковки BGA меньше, чем паразитные параметры упаковки QFP.

2. Connector selection and signal terminal definition

The connector is a key link in high-speed signal transmission, and it is also a weak link that easily generates EMI. при проектировании зажимов разъема можно установить более заземляющие зажимы, чтобы уменьшить расстояние между сигналом и заземлением, reduce the effective signal loop area that generates radiation in the connector, путь возвращения с малым сопротивлением. When necessary, рассмотреть возможность разделения ключевых сигналов с заземленными выводами.

3. Laminated design

Under the premise of cost permitting, increasing the number of ground plane layers and placing the signal layer close to the ground plane layer can reduce EMI radiation. For high-speed PCBs, власть plane and ground plane are closely coupled, Это снижает сопротивление питания, thereby reducing EMI.

4. layout

According to the signal current flow, рациональная схема может уменьшить помехи между сигналами. Reasonable layout is the key to controlling EMI. Основные принципы раскладки:

.The analog signal is easily interfered by the digital signal, аналоговая схема должна быть отделена от цифровой;

.The clock line is the main source of interference and radiation. Держись подальше от чувствительных схем, держать тактовые линии как можно короче;

.High-current, Следует избегать, насколько это возможно, использования мощных схем в центральной части платы, and the effects of heat dissipation and radiation should be considered;

.соединитель должен быть расположен по мере возможности на стороне платы, вдали от высокочастотной цепи;

.The input/выходная цепь близко к соответствующему стыку, and the decoupling capacitor is close to the corresponding power supply pin;

.полностью рассмотреть возможность размещения электроэнергетического сектора, and multi-power devices should be placed across the boundary of the power supply division area to effectively reduce the impact of plane division on EMI;

.The return plane (path) is not divided.

подключение

.Impedance control: High-speed signal lines will show the characteristics of transmission lines, чтобы избежать отражения сигнала, необходимо осуществлять импедансное управление, overshoot and ringing, уменьшение электромагнитных помех.

в зависимости от интенсивности и чувствительности EMI - сигнала (аналоговый сигнал, часовой сигнал, сигнал I / O, шины, электропитание и т.д.

строгий контроль за длительностью слежения за сигналом часового времени (особенно высокоскоростными сигналами), количеством проходных отверстий, зонами раздела, терминалами, прокладкой слоя, траекторией возврата и т.д.

.сигнальный контур, То есть, контур, образуемый потоком сигналов, is the key to EMI control in проектирование PCB необходимо управление в процессе подключения. To understand the flow direction of each key signal, путь к сигналу ключа должен быть близок к пути возвращения, чтобы обеспечить минимальную площадь кольца.

For low-frequency signals, путь, по которому ток проходит через наименьшее сопротивление; высокочастотный сигнал, make the high-frequency current flow through the path with the least inductance, rather than the path with the least resistance (see Figure 1). For differential mode radiation, the EMI radiation intensity (E) is proportional to the current, the area of the current loop, квадрат частоты. (Where I is the current, А., f is the frequency, R расстояние до центра кольцевой дороги, and k is a constant.)

Поэтому, когда минимальный индуктивный контур находится под линией сигнализации, площадь контура электрического тока может быть уменьшена, что снижает энергетическую эмиссию EMI.

ключевые сигналы не должны пересекать разделяемую область.

проводка высокоскоростных разностных сигналов должна быть как можно более тесно связана.

обеспечивать, чтобы полосы, линии микрополос и их базовые уровни соответствовали требованиям.

.The lead wire of the decoupling capacitor should be short and wide.

.Все линии сигнализации должны быть как можно дальше от края платы.

.For a multi-point connection network, выбор подходящей топологии для уменьшения отражения сигналов и эмиссии.

6. деление на уровне мощности

.Segmentation of power layer

When there are one or more sub-power supplies on a main power plane, обеспечивать непрерывность в области питания и достаточную ширину медной фольги. The dividing line does not need to be too wide, В общем, ширина линии 20 - 50 мм достаточно, чтобы уменьшить зазорное излучение.

.Separation of ground layer

The ground plane should be kept intact to avoid splitting. If it must be divided, Необходимо различать цифровые земли, имитация and noise ground, подключение к внешним заземлениям.

In order to reduce the edge radiation of the power supply, the power/ground plane should follow the 20H design principle, that is, the size of the ground plane is 20H larger than the size of the power plane (see Figure 2), уменьшение радиационной прочности края на 70%.

Другие методы регулирования электромагнитных помех

1. проектирование электрической системы

спроектирована система электропитания с низким сопротивлением для обеспечения того, чтобы система распределения была ниже полного сопротивления цели в диапазоне частот fknee.

использование фильтров для контроля помех проводимости.

питание развязывается. при проектировании EMI разумные емкости развязки позволяют чипу работать надежно, снижая высокочастотный шум в электроснабжении и снижая EMI. из - за влияния паразитных параметров, таких, как индуктивность проводов, мощность и линия электропитания медленно реагируют, в результате чего в высокоскоростных цепях ощущается нехватка мгновенного тока, необходимого для привода. разумно спроектировать блоки или развязывающие конденсаторы и распределительные конденсаторы в силовом слое, с тем чтобы можно было быстро снабжать оборудование током, используя эффект накопителя конденсатора, прежде чем реагировать на питание. правильная емкостная развязка может обеспечить путь к низкому сопротивлению, что является ключом к снижению симболизма EMI.

2. Grounding

Grounding design is the key to reducing EMI of the entire board.

. Make sure to use single-point grounding, многоточечное заземление или смешанное заземление.

.Digital ground, analog ground, and noise ground should be separated, необходимо определить подходящее общественное место.

.If the double-panel design does not have a ground wire layer, важность рационального проектирования заземления, and ensure that the ground wire width>power wire width>signal wire width. можно также использовать способ мощения дорог большой площади, but it is necessary to pay attention to the continuity of a large-area land on the same layer.

.проектирование многослойных схем, ensure that there is a ground plane layer to reduce the common ground impedance.

3. Connect the damping resistor in series

Under the premise that the circuit sequence requirements allow, основная технология подавления источников помех состоит в последовательном соединении небольших сопротивлений в конце вывода ключевого сигнала, обычно это резистор 22 - 33. These small resistors in series at the output can slow down the rise/плавный надгармонический неуравновешенный сигнал, thereby reducing the amplitude of the high-frequency harmonics of the output waveform and achieving the purpose of effectively suppressing EMI.

4. shield

.ключевые компоненты могут использовать EMI для защиты материалов или сеток.

.The shielding of key signals can be designed as strip lines or separated by ground wires on both sides of the key signals.

5. Spread spectrum

The spread spectrum (spread spectrum) method is a new and effective method to reduce EMI. расширение частоты - это модулирование сигнала и распространение энергии сигнала на относительно широкий диапазон частот. На самом деле, this method is a controlled modulation of the clock signal, Этот метод не увеличивает сколь - нибудь заметного колебания тактовых сигналов. практическое применение доказало, что техника расширения частоты эффективна и может снизить радиацию на 7 - 20 дБ.

6. Анализ и испытание электромагнитных помех

.Simulation analysis

After PCB wiring is completed, EM I simulation software and expert system can be used for simulation analysis to simulate the EMC/EMI environment to evaluate whether the product meets the requirements of relevant electromagnetic compatibility standards.

.Scan test

Use the electromagnetic radiation scanner to scan the machine disk after the assembly and power-on, and obtain the electromagnetic field distribution map in the PCB (as shown in Figure 3, the red, green, and blue-white areas in the figure indicate the electromagnetic radiation energy from low to high), according to the test As a result, проектирование PCB is improved.

Fourth, the conclusion

With the continuous development and application of new high-speed chips, signal frequencies are getting higher and higher, and the PCB boards that carry them may become smaller and smaller. проектирование PCB will face more severe EMI challenges. Only continuous exploration and continuous innovation can make the EMC/EMI design of PCB boards succeed.