Технология PCB - импедансный эффект печатных плат

Следующие системы должны уделять особое внимание защите от электромагнитных помех:

1 - 1.Микроконтроллер имеет особенно высокую мощность, цикл шины особенно быстрый.

1 - 2.Система содержит мощные и сильноточные приводные цепи, реле искрообразования, сильноточные переключатели и т.п.

1 - 3.Система содержит схемы для имитации слабых сигналов и схемы переключения высокого тока A/D.

для повышения устойчивости системы к электромагнитным помехам необходимо принять следующие меры:

Выберите низкочастотный микроконтроллер:

Микроконтроллер с низкой частотой внешних часов может эффективно снизить шум и повысить устойчивость системы к помехам. для прямоугольных и синусоидальных волн на одной и той же частоте высокочастотная составляющая квадратной волны намного больше синусоидальной. Хотя амплитуда высокочастотной составляющей квадратичной волны меньше базовой волны, чем выше частота, тем легче излучать ее как источник шума. микрорегулятор производит наиболее влиятельные высокочастотные шумы примерно в три раза больше, чем тактовые частоты.

уменьшение искажений при передаче сигналов

Микроконтроллер изготавливается в основном по высокоскоростной КМОП-технологии. Статический входной ток на сигнальном входе составляет около 1 мА, входная емкость - около 10 пФ, а входной импеданс довольно высок. Выходной конец высокоскоростной КМОП-схемы имеет значительную нагрузочную способность, то есть значительную выходную величину. Если выходной конец сетки соединен длинной линией с входным импедансом, который относительно высок, проблема отражения будет очень серьезной, она приведет к искажению сигналов и увеличению шума в системе. Когда TPD > TR, это становится проблемой линии передачи. Необходимо учитывать такие проблемы, как отражение сигнала и согласование импеданса.

время задержки сигнала на печатных платах связано с характерным сопротивлением провода, т.е. можно грубо предположить, что скорость передачи сигнала на выводе печатной плиты составляет примерно одну треть - одну вторую. в системе, состоящей из микроконтроллеров, обычный логический телефонный элемент tr (стандартное время задержки) между 3 и 18 ns.

на печатных платах сигнал проходит через резистор 7в и длинный провод 25cm, время задержки в сети составляет около 4-20нс. Иными словами, чем короче сигнальный провод на печатных схемах, тем лучше, тем длиннее он не должен превышать 25 См. Кроме того,количество отверстий должно быть как можно меньше, желательно не более двух. 

если время нарастания сигнала быстрее, чем время задержки сигнала, то его следует обрабатывать по скоростной электронике.при этом следует учитывать совпадение сопротивлений линии передачи. для передачи сигналов между интегральными блоками на печатных платах следует избегать td > TRD.Чем больше печатные платы, тем быстрее система,тем быстрее она не может быть слишком быстрой.

резюмируя правила проектирования печатных плат,можно сделать следующий вывод:

при передаче сигнала на печатной доске, время задержки не должно превышать номинальное время задержки используемого устройства.

уменьшение перекрестных помех между сигнальными линиями:

время нарастания точки A до ступенчатого сигнала tr передается через провод ab на конец B. в точке D из - за прямой передачи сигналов в точке А, отражения сигналов после прибытия в точку в и задержки в линиях ав по времени TD будет генерироваться сигнал страницы шириной tr. в точке с из - за передачи и отражения сигналов на линиях AB будет генерироваться положительный импульс, т.е.Это помехи между сигналами. интенсивность сигнала помехи зависит от расстояния ди / ат и линии сигнала в точке с. когда две сигнальные линии не очень длинны,то,как вы видите в AB, фактически складываются два импульса.

Микроконтроллеры, изготовленные с помощью технологии CMOS, обладают высоким входным сопротивлением, высоким шумом и высоким допуском шума. Цифровые схемы накладывают шумы от 100 до 200mv, не влияют на их работу. Если первый имитационный экзамен будет сигналом AB, помехи станут невыносимыми. Если печатная плата состоит из четырех слоёв, один из которых является крупным заземлением или двусторонним экраном, а обратная сторона линии - большим приземлением, то перекрестные помехи между сигналами уменьшаются. Это потому, что характеристическое сопротивление линии сигнала в широком диапазоне снижается, отражение сигнала в конце d значительно снижается. характеристическое сопротивление обратно пропорционально квадрату диэлектрической проницаемости диэлектрика от линии сигнала до земли, прямо пропорционально природному логарифму толщины диэлектрика. Если первый аналоговый экзамен будет проводиться в AB, то будет устранено вмешательство CD в AB. Ниже линии AB расположен большой район. расстояние между линией AB и линией CD превышает расстояние между линией AB и поверхностью земли. Может быть использована локальная экранировка заземления и может быть установлено заземление по обе стороны от линии отвода на стороне с выводом.

уменьшение шумов в электроснабжении

источник питания предоставляет энергию системе, а также увеличивает шум питания. линия сброса микроконтроллера в цепи, линия прерывания и другие контрольные линии наиболее подвержены воздействию внешних шумов. сильные помехи в электросети проникают в цепь через энергию. даже в системе электроснабжения батареи сами батареи имеют высокочастотные шумы. аналоговый сигнал в цепи не выдерживает напряжения.

высокочастотные характеристики печатных плат и элементов

при высокой частоте провода, проходные отверстия, сопротивление, емкость, распределение соединений, индуктивность и емкость на печатных платах не могут быть проигнорированы. емкости и распределительные емкости индуктивности нельзя игнорировать. сопротивление отразит высокочастотный сигнал, а емкость распределения проводов сработает. когда длина более 1 / 20 соответствующей длины волны превышает частоту шума, возникает антенный эффект, шум будет распространяться наружу через провода.

пропускное отверстие печатной платы производит емкость около 0.6 pf.

герметизированный материал интегральной схемы вводит емкость 2 - 6 пф.

соединитель на платы имеет индуктивность распределения 520nh. двухрядный прямой интерполяционный тип 24 игольчатый IC чип основание вводит индуктивность распределения 4 - 18nh.

Эти небольшие параметры распределения для системы микроконтроллера могут быть проигнорированы при низких частотах; особое внимание следует уделять высокоскоростным системам.

компоновка компонентов должна быть рациональной

расположение деталей на печатных платах должно в полной мере учитывать защиту от электромагнитных помех. один из принципов заключается в том, что провода между компонентами должны быть как можно короче. в компоновке части аналоговых сигналов, высокоскоростных цифровых схем и источников шума (например, реле, переключатель большого тока ит.д.) Следует разумно отделить, чтобы свести к минимуму связь между сигналами.

обработка заземления

На печатной плате линии электропитания и заземления важны. Важнейшим средством преодоления электромагнитных помех является заземление.

для двухсторонних плит особое значение имеет расположение линий. Один контакт используется для питания, а другой - для заземления. на печатных платах должно быть несколько контуров заземления, они собираются на контакт питания контура, так называемый одноточечный заземление. открытие так называемого аналогового заземления, цифрового заземления и мощного оборудования означает разделение проводов и, в конечном счете, их сбор. при соединении с сигналами вне печатной платы обычно используется экранированный кабель. для высокочастотных и цифровых сигналов экранированный конец кабеля заземляется. низкочастотный аналоговый сигнал экранирует конец кабеля.

схемы с очень чувствительными шумами и помехами или высокочастотными шумами должны быть защищены металлическим покрытием.

использование развязывающих конденсаторов.

хороший высокочастотный развязывающий конденсатор может удалять высокочастотную составляющую до 1ггц. керамические листовые конденсаторы или многослойные керамические конденсаторы имеют хорошие высокочастотные характеристики. при проектировании печатных плат следует добавить развязывающий конденсатор между электропитанием и заземлением каждой интегральной схемы. Конденсаторы развязки выполняют две функции: с одной стороны, накопители интегральных схем обеспечивают и Поглощают энергию заряда разрядов в момент открытия интегральных схем; С другой стороны, высокочастотные шумы устройства блокированы. типичная емкость развязки 0,1uf в цифровых схемах имеет индуктивность распределения 5NH, а сопутствующая резонансная частота составляет около 7 МГц, т.е.

1uF, 10uF конденсаторы, параллельные резонансные частоты выше 20MHz, лучше удалить высокочастотный шум. в тех случаях, когда питание поступает в печатную схему, использование высокочастотных конденсаторов 1uf или 10uf обычно выгодно. Такие конденсаторы необходимы даже для систем питания батарей.

зарядно - разрядный конденсатор, конденсатор с запоминающим разрядом, в каждой из 10 интегральных схем должно быть добавлено. емкость может быть 10уф. It is better not to use electrolytic capacitor. электролитический конденсатор свёртывается из двухслойной пленки PU. This rolled up structure is shown as inductance at high frequency. лучше всего использовать желчный конденсатор или поликарбонатный конденсатор.

величина развязанной емкости не является строгой и может рассчитываться по C = 1 / F; 10MHz взять 0. 1uf, для системы, состоящей из микроконтроллеров, можно получить от 0. 1 до 0. 01uf.

В-третьих, опыт в снижении уровня шума и электромагнитных помех.

Если вы можете использовать низкоскоростные чипы, вам не нужна скорость. Высокоскоростные чипы используются в ключевых местах.

ряд резисторов может использоваться для снижения скорости скачка на нижних кромках схемы управления.

Попробуйте предоставить какую - то форму демпфирования реле.

использовать часы с минимальной частотой, отвечающие требованиям системы.

генератор часов работает как можно ближе к устройству с часами. корпус кварцевого генератора заземляется.

Обведите область часов проводом заземления, линия часов должна быть как можно короче.

драйверы I / O должны быть как можно ближе к печатной доске, с тем чтобы как можно скорее выйти из нее. сигнал, входящий в печатную пластину, должен быть фильтрован, а сигнал, исходящий из зоны высокого шума, должен быть фильтрован. В то же время, для уменьшения отражения сигнала следует использовать последовательный метод сопротивления.

бесполезные терминалы MCD должны быть соединены на высоком уровне, либо заземлены, либо определены как выводные терминалы. Все зажимы, подключенные к питанию на интегральной схеме, должны быть соединены и не должны быть пустыми.

входной конец неиспользованной схемы дверей не может быть подвешен, положительный вход неиспользуемого операционного усилителя заземляется, отрицательный вход соединяется с выводом. 10) печатные доски должны, насколько это возможно, использовать 45 пунктирных, а не 90 пунктирных линий для сокращения внешней передачи высокочастотных сигналов и их связи с ними.

печатные платы разделены по частоте и характеристикам токовых переключателей, а шумовые и не шумящие элементы должны находиться на расстоянии друг от друга.

на одной доске и на двух панелях используется одноточечное питание с заземлением и одноточечное заземление. линии электропитания и заземления должны быть максимально толстыми. если цена рациональна, следует использовать многослойные пластины, чтобы снизить индуктивность питания и заземления.

часы, шины и чипы, выбранные сигналы должны быть удалены от линии и соединителя I / O.

зажим аналогового напряжения входного и опорного напряжения должен быть как можно дальше от линии сигнала цифровой цепи, особенно от часов.

Для D - оборудования цифровая часть и аналоговая должны быть объединены, а не пересекаться.

перпендикулярный часовой шнур с линией I / O меньше, чем параллельные I / O линии помех, и тактовые элементы выносятся вдали от кабеля I / O.

вывод элемента должен быть как можно короче, а вывод развязывающего конденсатора должен быть как можно короче.

Основные линии должны быть как можно более широкими, и по обеим сторонам следует увеличить площадь охраняемых районов. высокоскоростные линии должны быть короткими и прямыми.

чувствительные к шуму линии не должны быть параллельны линиям больших токов и высокоскоростных переключателей.

не устанавливайте провода под кварцевым кристаллом и шумовым чувствительным оборудованием.

не формировать контур тока вокруг цепи слабых сигналов и низкочастотной схемы.

Никаких сигналов. если это неизбежно, то, пожалуйста, сохраните участок кольцевой дороги как можно меньше.

Один развязывающий конденсатор на ИС. К каждому электролитическому конденсатору необходимо добавить миниатюрный высокочастотный шунтирующий конденсатор.

Вместо электролитических конденсаторов в качестве накопителей зарядных разрядов в цепи используются конденсаторы большой емкости с танталом или конденсаторы с охлаждением. при использовании трубчатого конденсатора оболочка заземляется.