Технология PCB - как оптимизировать дизайн EMC печатных плат

С развитием электронной эры в среде обитания человека появляется все больше источников электромагнитных волн: радио, телевидение, микроволновая связь, бытовые приборы, технические и высокочастотные электромагнитные поля линий электропередачи. Когда напряженность поля этих электромагнитных полей превышает определенный предел и время действия достаточно велико, они могут представлять опасность для здоровья человека; одновременно они могут создавать помехи для другого электронного оборудования и средств связи. в связи с этим необходима защита. понятия электромагнитных помех и защиты часто выдвигаются при разработке, производстве и использовании электронных изделий. При нормальной работе электронных изделий происходит процесс согласования между панелями печатных плат и установленными на них деталями. Очень важно улучшить эксплуатационные характеристики электронных изделий и уменьшить влияние электромагнитных помех.

проектирование панели PCB

Печатная плата (ПП) является опорой для компонентов и устройств в электронных изделиях. Она обеспечивает электрическое соединение компонентов и устройств в электронных изделиях. Она является самым основным компонентом различного электронного оборудования. Свойства печатной платы напрямую связаны с качеством и производительностью электронного оборудования. С развитием интегральных схем, технологии SMT и технологии микросборки все более плотные, многофункциональные электронные изделия, сложная разводка на панелях печатных плат, многочисленные детали и компоненты, плотная сборка, что неизбежно приведет к возникновению помех между ними, становятся все более серьезными, поэтому подавление электромагнитных помех стало ключом к нормальной работе электронных систем. Аналогичным образом, с развитием электронных технологий плотность печатных плат становится все выше и выше, а дизайн панелей печатных плат оказывает большое влияние на способность схем противостоять помехам и шуму. Для достижения наилучших характеристик электронных схем, помимо выбора элементов и схемы, хороший дизайн панели печатной платы является также очень важным фактором электромагнитной совместимости (ЭМС).

Разумная конструкция слоев печатной платы

в зависимости от сложности схемы рациональный выбор слоистости PCB может эффективно уменьшить электромагнитные помехи, значительно уменьшить размер PCB и длину токовых цепей и ответвлений и значительно уменьшить интерференцию между сигналами. эксперимент показал, что при использовании одного и того же материала шум на четырех слоях ниже двухслойной пластины на 20 дБ. Однако, чем выше стратификация, тем сложнее производственный процесс, тем выше себестоимость производства. в многослойных PCB - панелях проводки лучше всего использовать "скважины" между соседними слоями, т.е. например, горизонтальная проводка на верхней стороне PCB, вертикальная проводка на нижней стороне, а затем соединение через отверстие.

рациональное проектирование размеров панелей PCB

когда размеры панелей PCB слишком велики, печатные линии будут расти, сопротивление увеличится, шумоустойчивость снизится, объем оборудования увеличится, а расходы соответственно возрастут. если размер слишком мал, теплоотдача плохая, соседняя линия может быть нарушена. В общем, механический слой (механический слой) определяет физический каркас, то есть габарит панелей PCB, запрещает слой (запрещенный слой) определять эффективную площадь компоновки и монтажа проводов. обычно, в зависимости от количества функциональных элементов схемы, все компоненты схемы интегрированы и окончательно определяют оптимальные формы и размеры панели PCB. обычно используется прямоугольник, соотношение сторон - 3: 2. когда размер платы больше 150 мм * 200мм, следует учитывать механическую прочность PCB.

размещение панелей PCB

при проектировании панелей PCB инженеры - электроны могут сосредоточить внимание только на повышении плотности, сокращении площадей, упрощении производства или поиске эстетической и однородной схемы, игнорируя при этом влияние схемы на электромагнитную совместимость (EMC), что приводит к облучению большого числа сигналов в космос. Создайте взаимные помехи. неправильное размещение PCB может вызвать дополнительные проблемы с электромагнитной совместимостью (EMC), а не устранить их.

конфигурация и конфигурация элементов цифровых схем,аналоговых схем и схем питания в электронном оборудовании отличаются друг от друга, так же как и методы подавления и подавления помех.Поскольку высокочастотные и низкочастотные схемы отличаются друг от друга по частоте, их помехи и способы их подавления различны. Поэтому в компоновке элементов цифровые, аналоговые и силовые схемы должны быть размещены отдельно,а высокочастотные и низкочастотные схемы должны быть отделены друг от друга. если это возможно,они должны быть изолированы или изготовлены отдельно в PCB панелях.в компоновке особое внимание должно уделяться распределению устройств и направлению передачи сигналов сильного и слабого действия.

размещение элементов панели PCB

Элементы панели PCB имеют ту же схему, что и другие логические схемы, и взаимосвязанные элементы должны быть как можно ближе, с тем чтобы повысить эффективность борьбы с шумом. при размещении элементов на панелях PCB следует в полной мере учитывать вопросы защиты от электромагнитных помех. один из принципов заключается в том, что провод между сборками должен быть как можно короче. в компоновке части аналоговых сигналов, высокоскоростных цифровых схем и источников шума (например, реле, переключатель больших токов ит.д.) Следует разумно отделить, чтобы свести к минимуму связь между сигналами.

генератор времени, кристаллический генератор и входной зажим процессора могут вызывать шумы, поэтому они должны быть близко друг к другу. оборудование, способное к шуму, цепь с низким током и цепь с высоким током должны быть как можно дальше от логической схемы. если это возможно, необходимо создать еще один PCB - диск, что очень важно.

Общие требования к компоновке компонентов PCB: компоновка компонентов цепи и пути сигнала должна свести к минимуму связь между необязательными сигналами.

1) канал сигнализации низкого уровня не может приближаться к каналу сигнализации высокого уровня и к линиям электропитания без фильтра, в том числе к схемам, способным генерировать переходные процессы.

2) разделение аналоговых и цифровых схем с низким уровнем во избежание связи между общим сопротивлением аналоговых, цифровых и электрических систем.

3) для высокоскоростных, средних и низкоскоростных логических схем в PCB необходимы различные зоны.

4) При монтаже схемы, длина линии сигнала должна быть сведена к минимуму.

5) обеспечивать, чтобы не было чрезмерных параллельных сигнальных линий между соседними плитами, прилежащими слоями одной доски и смежными проводами на одном и том же этаже.

6) фильтр электромагнитных помех (EMI) должен быть как можно ближе к источнику электромагнитных помех и помещаться на одну и ту же схему.

монтаж панелей PCB

Состав печатной платы представляет собой многослойную структуру, использующую последовательное ламинирование, укладку проводов и препрега на вертикальную укладку. В многослойной печатной плате для облегчения отладки сигнальная линия прокладывается в самой глубокой части платы.

в высокочастотных диапазонах распределенная индуктивность и распределенная емкость панели PCB, например линия следа, отверстие, резистор, конденсатор и соединитель, не могут быть проигнорированы. сопротивление вызывает отражение и поглощение высокочастотных сигналов. пригодится также емкость распределения следов. при длине траектории, превышающей 1 / 20 соответствующей длины волны, возникает антенный эффект,при котором шум передается по траектории.

Большинство соединений в панелях PCB были сделаны через отверстие. проходное отверстие может вырабатывать примерно 0,5 pf распределенной емкости, и уменьшение количества проходных отверстий может значительно повысить скорость.

Сам герметичный материал интегральной схемы вносит емкость 2 - 6 пФ. Распределенная индуктивность гнезда печатной платы составляет 520 нГ. Двухрядное 24-контактное гнездо интегральной схемы вносит распределенную индуктивность 4-18 нГ.