Технология PCB - как повысить устойчивость PCB и EMC?

При разработке электронных изделий с процессорами сегодня iPCB объяснить, как улучшить антипомеховую способность и электромагнитную совместимость?

1. Следующие системы должны уделять особое внимание защите от электромагнитных помех:

(1) Система с высокой тактовой частотой и быстрым циклом шины.

(2) Система содержит мощные, сильноточные приводные цепи, такие как искрообразующее реле, сильноточный коммутатор и т.д.

(3) Система включает слабую схему аналогового сигнала и высокую схему а/цифрового преобразования.

2. Для повышения помехозащищенности системы от электромагнитных помех приняты следующие меры:

(1) Выбирается низкочастотный микроконтроллер

Выбор микроконтроллера с низкой частотой внешнего генератора позволяет эффективно снизить уровень шума и повысить помехозащищенность системы. Для квадратной и синусоидальной волны с одинаковой частотой высокочастотная составляющая квадратной волны намного больше, чем синусоидальной. Хотя амплитуда высокочастотной составляющей квадратной волны меньше амплитуды основной волны, чем выше частота, тем легче она излучается и становится источником шума. Влиятельный высокочастотный шум, создаваемый микроконтроллером, примерно в три раза превышает тактовую частоту.

(2) Уменьшение искажений при передаче сигнала

Микроконтроллер в основном изготавливается по высокоскоростной КМОП-технологии. Статический ток входного сигнала составляет около 1 мА, входная емкость - около 10 ПФ, входной импеданс очень высок, а высокоскоростная КМОП Выходной конец схемы имеет значительную нагрузочную способность, то есть значительную выходную величину. Если выходной конец затвора подвести к входному выводу с высоким входным импедансом через длинную линию, то возникнет очень серьезная проблема отражения, что приведет к искажению сигнала и увеличению шумов системы. Когда TPD ＞ TR, это становится проблемой линии передачи. Необходимо учитывать отражение сигнала, согласование импеданса и т.д.

Время задержки сигнала на печатной плате связано с характеристическим сопротивлением токоведущего провода, то есть с диэлектрической проницаемостью материала печатной платы. Можно приближенно считать, что скорость передачи сигнала в выводах печатной платы составляет примерно от 1/3 до 1/2 скорости света. Тр (стандартное время задержки) логических телефонных компонентов в системе, состоящей из микроконтроллера, составляет от 3 до 18 нс.

На печатной плате сигнал проходит через резистор мощностью 7 Вт и провод длиной 25 см, и время задержки в режиме реального времени составляет около 4 ~ 20 нс. Другими словами, чем короче вывод на печатной плате, тем лучше, и его длина не должна превышать 25 см. Количество виа также должно быть как можно меньше, не более 2.

Когда время нарастания сигнала превышает время задержки сигнала, его следует обрабатывать в соответствии с быстрой электроникой. В это время необходимо учитывать согласование импеданса линии передачи. При передаче сигнала между интегральными блоками на печатной плате необходимо избегать ситуации TD " TRD. Чем больше размер печатной платы, тем меньше скорость работы системы.

Правило проектирования печатных плат сводится к следующим выводам: При передаче сигнала по печатной плате время задержки не должно быть больше номинального времени задержки используемого устройства.

(3) Уменьшение перекрестных помех между сигнальными линиями

Ступенчатый сигнал с временем нарастания TR в точке a передается на терминал B по линии ab. Время задержки сигнала на линии AB равно TD. В точке D из-за прямой передачи сигнала в точке a, отражения сигнала после достижения точки B и задержки в линии AB через время TD возникает импульсный сигнал шириной TR. В точке C, вследствие передачи и отражения сигнала на линии AB, будет индуцирован положительный импульсный сигнал с шириной, вдвое превышающей время задержки сигнала на линии AB, то есть положительный импульсный сигнал 2TD. Это и есть перекрестная интерференция сигналов. Интенсивность интерференционного сигнала зависит от скважности сигнала точки C и расстояния между линиями. Если длина двух сигнальных линий невелика, то то, что наблюдается на АВ, является суперпозицией двух импульсов.

Микроконтроллер, выполненный по КМОП-технологии, имеет высокий входной импеданс, высокий уровень шума и высокую помехоустойчивость. На цифровую схему накладывается шум 100 ~ 200 мВ, который не влияет на ее работу. Если же в качестве первого макета используется AB-сигнал, то помехи становятся непереносимыми. Если печатная плата представляет собой четырехслойную плату, один из слоев которой имеет большую площадь заземления, или двухстороннюю плату, а противоположная сторона сигнальной линии имеет большую площадь заземления, то перекрестные помехи между сигналами будут уменьшены.

Причина заключается в том, что характеристический импеданс сигнальной линии уменьшается на большой площади, и отражение сигнала на d-конце значительно снижается. Характеристический импеданс обратно пропорционален квадрату диэлектрической проницаемости между сигнальной линией и землей и пропорционален натуральному логарифму толщины диэлектрика. Если в качестве первого макета используется AB, то интерференция CD с AB будет исключена. Под линией AB находится большая область. Расстояние от линии AB до линии CD больше, чем расстояние от линии AB до земли. Можно использовать местное экранирующее заземление, а заземляющие провода расположить слева и справа от токоподводящего провода с одной стороны со стыком проводов.

(4) Снижение шума от источника питания

Источник питания не только поставляет энергию в систему, но и вносит в нее свои шумы. Линия сброса, линия прерывания и другие линии управления микроконтроллера в схеме легко подвергаются воздействию внешних помех. Сильные помехи от электросети попадают в схему через источник питания. Даже в системе с батарейным питанием сама батарея имеет высокочастотные помехи. Аналоговый сигнал в аналоговой схеме не выдерживает помех от источника питания.

(5) Обращайте внимание на высокочастотные характеристики печатной платы и компонентов

В случае высокой частоты нельзя игнорировать распределение выводов, межслойных отверстий, резисторов, конденсаторов, разъемов, индуктивности и емкости на печатной плате. Нельзя игнорировать распределенную индуктивность емкости, а также распределенную емкость индуктивности. Если длина провода превышает 1 / 20 соответствующей длины волны частоты шума, возникнет антенный эффект, и шум будет излучаться через провод.

(6) Расположение компонентов должно быть разумно разделено

При размещении компонентов на печатной плате необходимо в полной мере учитывать проблему защиты от электромагнитных помех. Один из принципов заключается в том, что проводники между компонентами должны быть как можно короче.

(7) Правильное использование развязывающего конденсатора

Хороший высокочастотный развязывающий конденсатор может устранить высокочастотные составляющие до 1 ГГц. Высокочастотная характеристика керамического конденсатора или многослойного керамического конденсатора лучше. При проектировании печатной платы между источником питания и землей каждой интегральной схемы необходимо установить развязывающий конденсатор. Развязывающий конденсатор выполняет две функции: с одной стороны, он является накопителем энергии интегральной схемы для обеспечения и поглощения энергии зарядки и разрядки в момент открытия и закрытия затвора интегральной схемы; с другой стороны, он шунтирует высокочастотные шумы устройства. В цифровых схемах типичная развязывающая емкость 0,1 мкФ имеет распределенную индуктивность 5 НГ, а ее параллельная резонансная частота составляет около 7 МГц, что означает, что она обладает хорошим развязывающим эффектом для шумов ниже 10 МГц и практически не работает для шумов выше 40 МГц. PWB то же, что и PCB.