PCB Блог - Принцип проектирования PCB - панелей для уменьшения электромагнитных помех

Эффективная антиинтерференционная конструкция платы PCB является ключевым звеном в проектировании электронных продуктов, влияя на надежность и стабильность работы схемы. В статье анализируются основные причины электромагнитных помех на монтажных платах и обобщаются эффективное подавление и предотвращение электромагнитных помех при проектировании плат PCB с точки зрения выбора платы, компоновки компонентов платы, проводки питания и заземления, а также проводки сигнальных линий. Меры и принципы. Печатные платы являются носителями элементов схемы в электронных изделиях, обеспечивают электрическое соединение между элементами схемы и являются основными компонентами различных электронных устройств. Его производительность напрямую связана с качеством электронных устройств. С развитием информационного общества и развитием электронных технологий интегральность схем становится все выше и выше, размер плат становится все меньше и меньше, плотность элементов на платах становится все выше и выше, а скорость работы электронных продуктов становится все выше и выше. Поэтому проблемы электромагнитных помех и совместимости, вызванные самим собой, еще более заметны. Таким образом, как уменьшить электромагнитные помехи PCB - панелей стало горячей точкой современных электронных технологий. Проблема электромагнитной совместимости платы является ключом к нормальной работе электронной системы, которая влияет на надежность и стабильность схемы или системы. Поэтому при проектировании PCB - панелей проблема электромагнитных помех должна быть эффективно решена.

В ответ на причины электромагнитных помех были обобщены меры и принципы уменьшения электромагнитных помех, которые следует учитывать при проектировании панелей PCB. Причина электромагнитных помех на монтажной плате В высокоскоростной электронной системе, состоящей из коммутационного источника питания и микропроцессора, электромагнитные помехи на монтажной плате в основном исходят из существующих источников радиочастотных помех, компонентов, базовых контуров и дифференциальных модулей, а также от шума с общим модулем. Он присутствует одновременно на всех входных, выходных, силовых и заземленных концах. Каждый провод микропроцессора имеет потенциальный шум. С ногами могут быть проблемы. Проблема заключается в шуме от входных и выходных выводов микропроцессоров (I / O). Эти шумы в основном генерируются переключением часов внутри чипа, подключаются к внутренним и внешним кабелям и излучаются через входные и выходные штыри, в основном проявляющиеся в кратковременных импульсных волновых помехах. 2) Система питания системы питания включает регулятор питания и его шунтовые конденсаторы на стороне регулятора и микроконтроллера. Эти схемы являются источником всей радиочастотной энергии в системе и обеспечивают необходимый ток переключателя для цепей временных рядов на пластине. Любой шум, создаваемый внутренними операциями (например, часовыми буферами), появляется на выходе и распространяется через связь компонентов. 1.2 Другие причины электромагнитных помех 1) SMD - компоненты и устройства с сквозными отверстиями лучше справляются с радиочастотной энергией, чем проводные чипы, потому что их индуктивное сопротивление ниже, а компоненты более плотно размещены. Как правило, конденсатор провода сквозного элемента будет самовозбуждаться на частоте около 80 МГц (от конденсаторности к электрической чувствительности). Поэтому необходимо контролировать шум выше 80 МГц, и если в конструкции используются сквозные элементы, то необходимо учитывать многие серьезные проблемы. 2) Каждый краевой переход базовой схемы от микропроцессора к другому чипу представляет собой электрический импульс, который течет в приемную пластину, вытекает из заземленного штыря приемного чипа, а затем возвращается к заземленной игле микропроцессора через заземленную линию, образуя основную схему. Этот контур присутствует повсюду в цепи, и любое шумовое напряжение и сопровождающий его ток возвращаются туда, где он генерируется, через путь сопротивления, что оказывает влияние. Схема может быть сигнальной линией и ее контуром, шунтированием между источником питания и заземлением, кристаллическим генератором и приводом в микропроцессоре или контуром от регулятора напряжения источника питания до байпасного конденсатора. Чем больше геометрическая площадь кольца, тем сильнее излучение, поэтому мы можем уменьшить распространение шума, контролируя форму и сопротивление пути возврата. Между двумя линиями существует дифференциальное напряжение, которое является шумом, который каждый сигнал должен генерировать для выполнения своих функций. Интенсивность электрического поля, создаваемого этим шумом, пропорциональна квадрату частоты, размера тока и площади контура тока и обратно пропорциональна расстоянию от точки наблюдения до источника шума. Поэтому метод снижения дифференциального излучения заключается в уменьшении рабочей частоты схемы, уменьшении площади сигнального кольца или уменьшении интенсивности сигнального тока. На практике эффективным методом является контроль площади сигнального кольца. Коммодальный шум - это шум, вызванный сопротивлением, разделяемым линией сигнала и линией возврата, в то время как напряжение распространяется одновременно вдоль линии сигнала и линии регрессии без дифференциального напряжения между ними. Сопротивление шуму является распространенным источником шума в большинстве микропроцессорных систем. Интенсивность электрического поля, создаваемого этим шумом, пропорциональна размеру частоты, размеру тока и длине кабеля и обратно пропорциональна расстоянию от точки наблюдения до источника шума. Способы снижения конформного излучения включают: уменьшение сопротивления земной линии, сокращение длины линии и использование конформной дроссельной катушки. Принцип проектирования платы PCB С развитием электронных технологий интегральность платы и частота сигнала становятся все выше и выше, что неизбежно приведет к электромагнитным помехам. Поэтому при проектировании платы PCB должны соблюдаться следующие принципы для управления электромагнитными помехами платы в определенном диапазоне. Он отвечает требованиям и стандартам проектирования и улучшает общую производительность схемы. 2.1 Выбор платы PCB первым приоритетом при проектировании является правильный выбор размера платы. Если размер слишком большой, из - за слишком длинного соединения между компонентами значение сопротивления линии увеличивается, а помехоустойчивость уменьшается. Плотное расположение оборудования не способствует охлаждению, и

2.2 Компоненты монтажных плат после определения размеров плат PCB должны сначала определить местоположение специальных компонентов и распределить все компоненты схемы по частям в соответствии с функциональными элементами схемы. Элементы цифровых, аналоговых и силовых цепей должны быть разделены, а элементы высокочастотных и низкочастотных схем также должны быть разделены. Общие принципы компоновки плат следующие. 1) Принципы определения местоположения специальных элементов: 1. нагревательные элементы должны размещаться в местах, благоприятных для охлаждения, таких как край пластины PCB, и вдали от микропроцессорного чипа; Специальные высокочастотные элементы должны размещаться бок о бок, чтобы сократить соединение между ними; Чувствительные компоненты должны быть удалены от источников шума, таких как генераторы часов и генераторы; 4. Компоновка регулируемых элементов, таких как потенциометры, регулируемые индукторы, переменные конденсаторы, клавишные переключатели и т.д., должна соответствовать требованиям всей конструкции машины и быть легко отрегулирована; Компоненты более высокого качества должны быть закреплены с помощью кронштейна; 6.Фильтр EMI должен быть размещен вблизи источника EMI. 2) Принцип расположения зонтичных элементов схемы в соответствии с функциональными элементами схемы: 1. Каждая функциональная схема должна определять соответствующее положение в зависимости от потока сигнала между ними, чтобы облегчить проводку; Каждая функциональная схема должна сначала определить местоположение деталей и разместить другие части вокруг них, чтобы свести к минимуму соединения между ними; Для высокочастотных схем следует учитывать параметры распределения между элементами; Расстояние между элементами, расположенными на краю платы, и краем платы не должно быть менее 2 мм. Преобразователи DC / DC, переключатели и выпрямители должны размещаться как можно ближе к трансформаторам для уменьшения внешнего излучения; 6. Элементы регулирования напряжения и фильтрующие конденсаторы должны быть размещены вблизи выпрямительных диодов. Конструкция линий электропитания и наземных линий является проблемой, которую нельзя игнорировать в PCB - панелях и часто является сложной конструкцией. Конструкция должна соответствовать следующим принципам. 1) Технология проводки питания и заземления. Проводка на PCB характеризуется равнораспределенными параметрами сопротивления, емкостного сопротивления и индуктивного сопротивления. Чтобы уменьшить влияние параметров распределения проводки PCB на высокоскоростные электронные системы, принципы проводки питания и заземления заключаются в следующем: 1. Увеличить расстояние между линиями следа, чтобы уменьшить последовательные помехи конденсаторной связи; 2. Линии электропитания и наземные провода должны быть параллельными, чтобы распределительная емкость достигала; В зависимости от размера несущего тока максимально увеличить ширину линии электропитания и линии заземления, уменьшить сопротивление контура и в то же время привести направление линии электропитания и линии заземления в каждой функциональной цепи в соответствие с направлением передачи сигнала, что поможет улучшить производительность. Антиинтерференционная способность; Электричество питания и заземление должны быть проложены непосредственно над друг другом, тем самым уменьшая индуктивное сопротивление и увеличивая площадь кольца, а также, насколько это возможно, помещая заземление под линию питания; Чем толще заземление, тем лучше, общая ширина заземления не менее 3 мм. 6. Земельная линия образует замкнутое кольцо, уменьшает разность потенциалов на земной линии, улучшает помехоустойчивость; 7. При проектировании многослойной проводки пластины один из слоев может использоваться в качестве « плоскости полного заземления», которая уменьшает сопротивление заземления и в то же время служит экраном. 2) Технология заземления каждой функциональной схемы PCB - платы каждая функциональная схема заземления делится на одноточечное заземление и многоточечное заземление. Одноточечное заземление делится на одноточечное последовательное заземление и одноточечное параллельное заземление в форме соединения. Поскольку длина каждой линии заземления различна, сопротивление заземления каждой схемы различно, а производительность электромагнитной совместимости снижается, часто используется одноточечное последовательное заземление для защиты заземления. Каждая схема с одноточечным параллельным заземлением имеет свою собственную линию заземления, поэтому взаимные помехи меньше, но могут удлинить линию заземления и увеличить сопротивление заземления. Он обычно используется для сигнального заземления, аналогового заземления и заземления питания. Многоточечное заземление означает, что каждая цепь имеет место заземления, как показано на рисунке 5. Высокочастотные схемы часто используют многоточечное заземление, короткую линию заземления, небольшое значение сопротивления заземления, уменьшая помехи высокочастотного сигнала. Чтобы уменьшить помехи, вызванные заземлением, заземление также должно соответствовать определенным требованиям: 1. Заземление должно быть как можно короче, заземление должно быть большим; Избегайте ненужных контуров заземления и снижайте помеховое напряжение общего заземления; Принцип заземления заключается в использовании разных способов заземления для разных сигналов и не может привести все заземления к одному и тому же месту заземления; При проектировании многослойных PCB - панелей силовой и заземленный слои должны размещаться, насколько это возможно, в соседних слоях, чтобы в цепи образовывалась емкость между слоями и в цепи генерировались электромагнитные волны.