Технология PCB - Принципы проектирования PCB для уменьшения электромагнитных помех

Конструкция электромагнитной совместимости тесно связана с конкретными схемами. Для проектирования электромагнитной совместимости проектировщикам необходимо минимизировать излучение (радиочастотную энергию, протекающую из продукта) и повысить его устойчивость к излучению (энергию, поступающую в продукт). Чувствительность и помехоустойчивость. Для связи с общественной проводимостью на низких частотах и связи с общественным излучением на высоких частотах при проектировании необходимо уделять должное внимание разрыву пути связи.

Принципы проектирования PCB

С развитием электронных технологий интегральность платы и частота сигнала становятся все выше и выше, что неизбежно приведет к электромагнитным помехам, поэтому при проектировании PCB следует следовать следующим принципам, электромагнитные помехи платы должны контролироваться в определенном диапазоне, соответствовать требованиям и стандартам проектирования, улучшать общую производительность схемы.

1. Выбор платы

Основной задачей при проектировании PCB является правильный выбор размера платы. Если размер слишком большой, проводка между элементами будет слишком длинной, что увеличит сопротивление цепи и уменьшит помехоустойчивость; Этот размер приведет к тому, что детали будут слишком маленькими. Плотная компоновка не способствует рассеиванию тепла, проводка слишком тонкая и слишком плотная, легко вызывает последовательные помехи. Таким образом, плата соответствующего размера должна быть выбрана в соответствии с компонентами, необходимыми для системы.

Электрическая плата

Платы делятся на однопанельные, двухсторонние и многослойные. Выбор слоя платы зависит от функции, которую должна выполнять схема, индекса шума, количества сигналов и сетевых кабелей. Разумная настройка слоя может уменьшить проблему электромагнитной совместимости самой схемы.

Обычными принципами выбора являются:

Когда частота сигнала низкая и средняя, когда меньше элементов и плотность проводки низкая или средняя, выбирайте одну или две стороны;

2. многослойные пластины для высокой плотности проводов, высокой степени интеграции и большего числа компонентов;

Для высокочастотных, высокоскоростных интегральных схем и высокоскоростных интегральных схем выбирайте монтажные платы с 4 или более слоями. При проектировании многослойных панелей один слой может использоваться в качестве слоя питания, сигнального слоя и заземления. Площадь сигнального кольца уменьшается, а дифференциальное излучение уменьшается. Таким образом, многослойная плата может уменьшить излучение платы и улучшить антиинтерференционную способность.

2. Компоненты монтажных плат

После определения размера PCB сначала необходимо определить местоположение специальных компонентов и, наконец, 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. Принципы расположения плат являются следующими.

Принципы определения местоположения специальных компонентов:

нагревательные элементы должны размещаться в местах, благоприятных для охлаждения, таких как край PCB, и вдали от микропроцессорного чипа;

Специальные высокочастотные элементы должны быть размещены вблизи друг друга, 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;

5. Более тяжелые детали должны быть закреплены с помощью кронштейнов;

Фильтр EMI должен быть размещен вблизи источника EMI.

Компоненты монтажных плат

Принцип компоновки зонтичных элементов схемы в соответствии с функциональными элементами схемы:

Каждая функциональная схема должна определять соответствующее положение в зависимости от потока сигнала между ними, чтобы облегчить проводку;

Каждая функциональная схема должна сначала определить местоположение основного компонента и разместить другие компоненты вокруг основного компонента и свести к минимуму соединения между компонентами;

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;

Регулирующие элементы напряжения и фильтрующие конденсаторы должны быть размещены вблизи выпрямительных диодов.

Принцип соединения питания и заземления

Разумность проводки между источником питания PCB и заземлением является ключом к уменьшению электромагнитных помех всей платы. Конструкция линий электропитания и заземления является проблемой, которую нельзя игнорировать в PCB, и является самой сложной конструкцией. При проектировании должны соблюдаться следующие принципы.

1. Навыки подключения к питанию и заземлению

Проводка на PCB имеет характеристики распределенных параметров, таких как сопротивление, емкость и индуктивное сопротивление. Чтобы уменьшить влияние параметров распределения проводки PCB на высокоскоростные электронные системы, принципы проводки питания и заземления заключаются в следующем:

Увеличить расстояние между линиями следа для уменьшения последовательных помех конденсаторных связей;

2. Линии электропитания и наземные провода должны быть параллельными для оптимизации распределительной емкости;

В зависимости от размера несущего тока максимально утолщайте ширину линии электропитания и линии заземления и уменьшайте сопротивление контура, чтобы направление линии электропитания и линии заземления в каждой функциональной цепи соответствовало направлению передачи сигнала, что способствует повышению помехоустойчивости;

Источники питания и заземления должны быть проложены непосредственно над друг другом, чтобы уменьшить индуктивность и свести к минимуму площадь контура, а также, насколько это возможно, чтобы заземление находилось ниже линии электропитания;

Чем толще заземление, тем лучше, ширина заземления обычно 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 выполняет экранирующее действие.

Способы подключения к питанию и заземлению

2. Способы заземления функциональных схем

Способы заземления функциональных схем PCB делятся на одноточечное и многоточечное заземление. Одноточечное заземление делится на одноточечное последовательное заземление и одноточечное параллельное заземление в форме соединения, как показано на рисунках 3 и 4. Поскольку длина заземления различна, сопротивление заземления каждого контура различно, часто используется одноточечное последовательное заземление для защиты заземления, что снижает производительность электромагнитной совместимости. Одноточечное параллельное заземление. Каждая цепь имеет свою собственную линию заземления, поэтому взаимные помехи невелики, но могут продлить 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. Многоточечное заземление обычно используется в высокочастотных схемах с короткими линиями заземления и низким сопротивлением заземления, чтобы уменьшить помехи высокочастотных сигналов.

Чтобы уменьшить помехи, вызванные заземлением, заземление также должно соответствовать определенным требованиям:

Заземление должно быть как можно короче, заземление должно быть большим;

Избегайте ненужных контуров заземления и снижайте помеховое напряжение общего заземления;

Принцип заземления заключается в том, что для разных сигналов используются разные способы заземления, и невозможно, чтобы все заземления имели одно и то же место заземления;

При проектировании многослойных ПХБ энергетический слой и заземленный слой размещаются, насколько это возможно, в соседних слоях для формирования в цепи межслойной емкости, которая уменьшает электромагнитные помехи;

Старайтесь избегать сильных и слабых сигналов тока, цифровые и аналоговые сигналы разделяют одно заземление.

Способы заземления функциональных цепей

24 Способы снижения шума и электромагнитных помех:

(1) Вместо высокоскоростных чипов можно использовать низкоскоростные чипы. Высокоскоростные чипы используются в критических местах.

(2) Резисторы могут быть последовательно соединены, чтобы уменьшить скорость прыжка на верхнем и нижнем краях цепи управления.

(3) Попробуйте обеспечить некоторую форму демпфирования для реле и т. Д.

(4) Использование часов минимальной частоты, соответствующих системным требованиям.

(5) Генератор часов находится как можно ближе к устройству, использующему часы. Корпус кварцевого кристаллического генератора должен быть заземлен.

(6) Окружите область часов заземлением и сделайте линию часов как можно короче.

(7) Схема привода I / O должна быть как можно ближе к краю печатной платы и как можно скорее выводить ее из печатной платы. Сигналы, поступающие на печатные панели, должны быть отфильтрованы, а сигналы, поступающие из зон с высоким уровнем шума, также должны быть отфильтрованы. В то же время следует использовать ряд конечных резисторов для уменьшения отражения сигнала.

(8) Бесполезные зажимы MCD должны быть подключены к высокому уровню, или заземлены, или определены как выходные зажимы, и зажимы, которые должны быть подключены к заземлению источника питания на ИС, должны быть подключены и не должны оставаться плавающими.

(9) Входные зажимы неиспользуемых сеточных схем не должны оставаться плавающими. Положительный входной конец неиспользуемого операционного усилителя должен быть заземлен, а отрицательный входной конец должен быть подключен к выходному концу.

(10) Для печатных плат, насколько это возможно, используйте 45 ломаных линий вместо 90, чтобы уменьшить внешнюю эмиссию и связь высокочастотных сигналов.

(11) Печатные пластины делятся в зависимости от частоты и характеристик переключения тока, а шумовые и нешумные компоненты должны находиться дальше друг от друга.

(12) Одноточечное и двухпанельное питание и одноточечное заземление. Линии электропитания и заземления должны быть как можно толще. Если это экономично, можно использовать многослойные пластины для снижения конденсаторной индуктивности питания и заземления.

(13) Держите часы, шины и сигналы выбора чипа подальше от линий ввода / вывода и разъемов.

(14) Входные линии аналогового напряжения и зажимы опорного напряжения должны быть максимально удалены от линий сигнала цифровой схемы, особенно от часов.

(15) Для устройств A / D цифровая и аналоговая части должны быть унифицированы, а не пересекаться.

(16) Линия часов, перпендикулярная линии ввода / вывода, имеет меньшие помехи, чем параллельная линия ввода / вывода, и вывод компонента часов удаляется от кабеля ввода / вывода.

17) Подключения элементов должны быть как можно короче, а штыри развязывающих конденсаторов - как можно короче.

(18) Ключевые линии должны быть как можно толще, с обеими сторонами должны быть защищены. Высокоскоростные линии должны быть короткими и прямыми.

(19) Чувствительные к шуму линии не должны быть связаны параллельно с высокотоковыми высокоскоростными переключателями.

(20) Не прокладывайте провода под кварцевыми кристаллами или шумочувствительными устройствами.

(21) Для слабых сигнальных схем не образуйте электрические контуры вокруг низкочастотных схем.

(22) Не формировать кольцевое кольцо в сигнале. Если это неизбежно, сделайте площадь кольца как можно меньше.

(23) Один развязывающий конденсатор на ИС. К каждому электролитическому конденсатору должен быть добавлен небольшой высокочастотный шунтирующий конденсатор.

24) Для зарядки и разрядки аккумуляторных конденсаторов в схемах вместо электролитических конденсаторов используются танталовые конденсаторы большой емкости или конденсаторы с большим охлаждением. При использовании трубчатых конденсаторов корпус должен быть заземлен.