С улучшением характеристик полупроводников и инновациями в технологии переключения, электро - электронная технология широко используется в различных приложениях питания.теперь,миниатюризация коммутаторов питания,высокоскоростных и высокоплотных продуктов. Эта тенденция привела к обострению проблемы электромагнитной совместимости.Высокочастотный процесс переключения напряжения и тока производит большое количество EMI (электромагнитных помех). если эта часть помех не ограничена, нормальная работа окружающего электрооборудования будет серьезно затронута.
Поэтому конструкция печатных плат импульсного источника питания является важнейшим аспектом для решения проблемы электромагнитной совместимости импульсного источника питания.Причина,по которой печатная плата считается незаменимым и важным компонентом в конструкции импульсного источника питания, заключается в том, что она отвечает за двойное соединение электрических и механических компонентов импульсного источника питания и является ключом к снижению ЭМИ конструкции электронного оборудования.
электромагнитные помехи при проектировании печатных плат
Помехи электромагнитной связи
При проектировании схем помехи ЭМС в основном влияют на другие схемы через проводники и соответствующую импедансную связь. с точки зрения проектирования ЭМС силовые схемы с коммутаторами отличаются от обычных цифровых схем,которые имеют относительно очевидные источники помех и чувствительные схемы. как правило, источник помех от коммутаторов в основном сосредоточен на элементах и проводах,которые имеют большие скорости изменения напряжения и тока.
Перекрестные помехи
Одной из наиболее трудноразрешимых проблем в печатных схемах являются помехи между лентами, проводами и кабелями в печатных платах. Здесь речь идет о смешанных помехах в широком смысле, которые характеризуются емкостью и взаимностью проводов, независимо от того, является ли источник полезным сигналом или шумом. например, одна из полос на PCB имеет уровень управления и логики, рядом со второй полосой пропускания сопровождает сигналы низкого уровня. при длине параллельных проводов более 10 см прогнозируется последовательное возмущение; в тех случаях, когда длинные кабели содержат несколько групп последовательных или параллельных высокоскоростных данных и сетей дистанционного управления,одной из основных проблем также является последовательное вмешательство. взаимные помехи между соседними проводами и кабелями возникают из поля, проходящего через взаимный индуктор,и из поля, проходящего через взаимный индуктор.
электромагнитные помехи
радиационные помехи вызываются излучением электромагнитных волн в пространстве.Электромагнитное излучение печатной платы делится на два типа: излучение в дифференциальном режиме и излучение в общем режиме.В большинстве случаев в кондуктивных помехах,создаваемых импульсными источниками питания,преобладают помехи общей моды,эффект излучения которых превышает дифференциальные модульные помехи. Поэтому при проектировании ЭМС импульсных источников питания особенно важно уменьшить помехи при моделировании.
шаги подавления помех PCB
Информация о дизайне печатных плат
при проектировании PCB вам нужно знать информацию о конструкции платы, включая следующее:
(1) Количество устройств, размер устройства, упаковка оборудования;
(2) общие требования к компоновке, расположение деталей,наличие мощных устройств и специальные требования к теплоотводу микросхем;
(3) скорость работы цифровых микросхем,разделена ли печатная плата на низкоскоростные,среднескоростные и высокоскоростные зоны,а также зоны ввода и вывода интерфейса;
(4) тип и скорость сигнальной линии,а также направление передачи,требования к контролю импеданса сигнальной линии, направление и управление шиной, основные сигналы и защитные меры.
иерархия PCB
Во-первых,определите количество проводов и слоев питания, необходимых для выполнения функций в пределах допустимой стоимости. Количество слоев печатной платы определяется такими факторами,как подробные функциональные требования,помехоустойчивость,разделение категорий сигналов, плотность оборудования и разводка шин. В настоящее время печатные платы постепенно переходят от однослойных, двухслойных и четырехслойных плат к более многослойным. Разработка многослойных печатных плат является одной из основных мер по достижению стандартов ЭМС.Эти требования следующие:
(1) распределение слоёв электропитания и коллекторных пластов позволяет хорошо подавлять собственные сопутствующие помехи и снижает сопротивление точечного источника;
(2) как можно ближе к поверхности электропитания и плоскости земли,как правило,над поверхностью источника питания;
(3) цифровые и аналоговые схемы лучше всего размещать слоями;
Компоновка печатной платы
ключ к проектированию печатной платы EMC - макет и проводка, которые непосредственно связаны с характеристиками платы. В настоящее время система EDA имеет низкий уровень автоматизации и требует больших объемов ручной работы. перед раскладкой необходимо определить размер PCB для выполнения функций при минимальных затратах. Поэтому схема должна строиться на основе функциональных элементов схемы с учетом таких факторов, как электромагнитная совместимость, теплоотдача и интерфейс. общая схема должна строиться на следующих принципах:
(1) расположение функциональных схем в соответствии с потоком сигналов цепи для обеспечения последовательности потока сигнала;
(2) Возьмите основной компонент каждого функционального блока схемы в качестве центра, а остальные компоненты расположите вокруг него;
(3) сводить к минимуму подключение высокочастотных элементов и сводить к минимуму параметры их распределения;
проводка PCB
(1)Принцип подключения
При подключении все сигнальные линии классифицируются. Сначала установите часы и чувствительные линии сигнализации, потом высокоскоростные линии сигнализации. проводка обычно несуществующей сигнальной линии осуществляется после того, как обеспечивается, чтобы такие сигналы были достаточно маленькими и хорошо распределены. следует руководствоваться следующими принципами:
1)Провода входного и выходного концов следует избегать как можно дальше от соседних длинных параллельных расстояний; чтобы уменьшить перекрестные наводки длинных параллельных проводов, интервал можно увеличить, или провод заземления может быть вставлен между проводами;
2) ширина платы не должна резко меняться, провода не должны резко разворачиваться. по мере возможности, продолжайте сопротивление цепи. печатные линии передачи обычно по дуге или углу 135 °с;
3)Уделите особое внимание распределению силовых и заземляющих проводов высокочастотных цепей;
4) уменьшение площади контура в процессе токового потока, поскольку внешнее излучение в контуре грузового потока прямо пропорционально прохождению электрического тока, площади контура и частоты сигнала;
(2)Проектирование электромагнитной совместимости печатной схемы
В соответствии с схемой распределения поля помех для проектирования печатных схем EMC проводки, основная идея которой заключается в том, чтобы поставить чувствительные схемы в более слабое место помех. Затем, исходя из предложенной концепции "коэффициента связи", в реальном масштабе времени рассчитывается размер емкости, распределенной между печатными схемами, и в процессе проектирования регулярно вносятся изменения и улучшения в PCB, что позволяет эффективно снижать проводимость PCB.
для цифровых систем управления питанием больших выключателей каждая логическая установка имеет соответствующий уровень клапана и ограничения шумов. система может работать нормально, если внешние шумы не превышают допустимых пределов допуска логического устройства.Однако после того, как шум или помехи в системе превысят определенный допуск, сигнал помехи будет увеличен и переработан логическим устройством, что является важной причиной неисправности. наиболее чувствительными в монолитной системе являются тактные сигналы, сигнал сброса и прерывания. при размещении PCB особое внимание следует уделять этим трем сигнальным линиям. для выполнения функций необходимо выбрать кристаллический генератор с наименьшей частотой.