Технология PCB - Конструкция EMC в схемах PCB

Скорость передачи высокоскоростных систем проектирования и проводки PCB неуклонно ускоряется, но также приводит к некоторым помехам. Это связано с тем, что чем выше частота передачи информации, тем выше чувствительность сигнала и их энергия слабее. В это время проводная система более уязвима для помех. Вмешательство отсутствует. Кабели и оборудование могут создавать помехи другим компонентам или подвергаться серьезным помехам со стороны других источников помех, таких как: экраны компьютеров, мобильные телефоны, электродвигатели, оборудование радиовещания, передача данных и силовые кабели. Кроме того, потенциальные подслушивающие устройства, киберпреступность, И хакеров становится все больше, потому что их перехват передачи информации по кабелю UTP может привести к огромным разрушениям и потерям.

Конструкция EMC в схемах PCB

Конструкция заземления:

В случае возникновения электростатического разряда ему должно быть разрешено как можно скорее обойти землю, а не вторгаться непосредственно во внутреннюю цепь. Например, если внутренняя схема экранирована металлическим шасси, шасси должно быть хорошо заземлено, а сопротивление заземления должно быть как можно меньше, чтобы разрядный ток поступал в землю из внешнего слоя шасси, и в то же время, Вмешательства, вызванные разрядом окружающего объекта, могут быть направлены на землю без ущерба для внутренних цепей. Для металлической коробки схемы в коробке обычно заземлены через кабель I / O, силовой кабель и т. Д. Когда на коробке происходит электростатический разряд, потенциал коробки увеличивается, внутренняя цепь заземлена, потенциал остается вблизи потенциала заземления. В этот момент существует большая разность потенциалов между корпусом и цепью. Это приведет к возникновению вторичной дуги между коробкой и цепью. Вызывает повреждение цепи. Увеличивая расстояние между цепью и оболочкой, можно избежать возникновения вторичной дуги. Когда расстояние между цепью и оболочкой не может быть увеличено, между оболочкой и цепью может быть добавлена заземленная металлическая перегородка, чтобы заблокировать дугу. Если цепь подключена к коробке, она может быть подключена только через точку. Предотвращение потока тока через цепь. Точка соединения платы с корпусом должна находиться у входа в кабель. Для пластиковой оболочки проблемы заземления оболочки не существует.

Кабельный дизайн:

Хорошо спроектированная система защиты кабеля может быть ключом к повышению уязвимости системы ESD. Как самая большая « антенна» в большинстве систем, кабели I / O особенно уязвимы для больших напряжений или токов, вызванных помехами ESD. С другой стороны, если кабельный экран подключен к заземлению коробки, кабель также обеспечивает путь с низким сопротивлением для помех ESD. Энергия помех ESD может быть высвобождена из контура заземления системы через этот канал, тем самым косвенно избегая проводящей связи. Чтобы уменьшить связь ESD - излучения с кабелем, следует уменьшить длину линии и площадь кольца, подавить конформную связь и использовать металлические экраны. Для входных / выходных кабелей могут использоваться экранированные кабели, конформные дроссели, цепи фиксации перенапряжения и кабельные обходные фильтры. На обоих концах кабеля экран кабеля должен быть подключен к экрану корпуса. Установка конформного дросселя на соединительном кабеле может снизить напряжение конформного типа, вызванное электростатическим разрядом, на дроссель, а не на цепь на другом конце. При соединении двух шкафов экранированным кабелем два шкафа соединяются между собой экраном кабеля, что делает разницу в потенциале между двумя шкафами минимальной. Здесь очень важно перекрытие между корпусом и экраном кабеля. Настоятельно рекомендуется соединение на 360 ° между корпусом и экраном кабеля на обоих концах кабеля.

Клавиатура и панель:

Клавиатура и панель управления должны быть сконструированы таким образом, чтобы разрядный ток мог течь прямо на землю, не проходя через чувствительные схемы. Для изолированных клавиатур между клавишами и схемами должны быть установлены разрядные протекторы (например, металлические кронштейны), обеспечивающие путь разряда разрядного тока. Защитники разряда должны быть подключены непосредственно к корпусу или раме, а не к заземлению цепи. Конечно, использование больших ручек (увеличение расстояния между оператором и внутренней проводкой) может напрямую предотвратить электростатический разряд. Клавиатура и панель управления должны быть сконструированы таким образом, чтобы разрядный ток мог достигать земли напрямую, не проходя через чувствительные схемы. Использование изоляционных осей и больших ручек предотвращает разряд на контрольные клавиши или потенциометры. Сегодня все больше и больше электронных панелей используют тонкопленочные кнопки и тонкопленочные окна. Поскольку пленка изготовлена из высоковольтного изоляционного материала, она эффективно предотвращает помехи, вызываемые входом ESD во внутреннюю цепь через кнопки и окна отображения. Кроме того, большинство клавиш клавиатуры теперь имеют прокладки, изготовленные из высоковольтной изоляционной пленки, которая эффективно предотвращает помехи ESD.

Конструкция схемы:

Входные зажимы, которые не используются устройством, не должны находиться в отключенном или плавающем состоянии, но должны быть подключены к заземлению или зажимам питания непосредственно или через соответствующее сопротивление. В целом, интерфейсные схемы, подключенные к внешним устройствам, требуют добавления защитных схем, которые также включают линии электропитания, которые часто упускаются из виду при проектировании оборудования. Возьмем микрокомпьютер в качестве примера, компоновка защитной схемы должна учитывать следующие аспекты: интерфейс последовательной связи, интерфейс параллельной связи, интерфейс клавиатуры, интерфейс отображения и так далее.

Фильтры (параллельные конденсаторы или ряд индуктивных или комбинаций обоих) должны использоваться в схемах, чтобы предотвратить подключение EMI к устройству. Если вход имеет высокое сопротивление, параллельный конденсаторный фильтр наиболее эффективен, потому что его низкое сопротивление будет эффективно вращаться вокруг избыточного входного сопротивления. Чем ближе конденсатор к входу, тем лучше. Если входное сопротивление низкое, ряд ферритов может обеспечить лучший фильтр, и эти ферритовые вещества также должны быть как можно ближе к входу.

Усиление мер защиты внутренних цепей. Для портов, которые могут быть нарушены электростатическими разрядами с прямой проводимостью, резистор может быть последовательно подключен или параллельно подключен к положительному и отрицательному источникам питания интерфейса I / O. Входной конец МОС - трубки последовательно соединяется с резистором острова 100k, а выходной конец соединяется параллельно с резистором острова 1k, чтобы ограничить разрядный ток. Входной конец трубки TTL последовательно соединяется с резистором 22 - 100 островов, а выходной конец - с резистором 22 - 47 островов. Входной конец аналоговой трубки последовательно соединяется с островом 100 островов ½100k и добавляет параллельный диод, который отвлекает разрядный ток на положительный или отрицательный электрод питания, а выходной конец аналоговой трубки последовательно соединяется с сопротивлением 100 островов. Установка конденсатора на заземление линии сигнала ввода / вывода может переносить электростатический разрядный ток, индуцированный на кабеле интерфейса, в коробку, избегая попадания в цепь. Но этот конденсатор также отвлекает ток из коробки на сигнальную линию. Чтобы избежать этого, ферритовые магнитные шарики могут быть установлены между шунтирующими конденсаторами и платами, чтобы увеличить сопротивление пути к платам. Следует отметить, что напряжение конденсатора должно соответствовать требованиям. Напряжение электростатического разряда может достигать нескольких тысяч вольт. Использование переходных защитных диодов также может эффективно предотвращать электростатические разряды, но следует отметить, что, хотя напряжение переходных помех ограничено диодом, компонент высокочастотных помех не уменьшается. Как правило, высокочастотные шунтирующие конденсаторы должны быть соединены параллельно с переходными защитными диодами для подавления высокочастотных помех. При проектировании схем и проводке монтажных плат следует использовать сеточные схемы и импульсы пропускания. Этот метод ввода может вызвать повреждение только в том случае, если одновременно происходят электростатический разряд и стробоскопия. Импульсный метод срабатывания на краю очень чувствителен к переходным ситуациям, вызванным электростатическим разрядом, и не должен использоваться.

Дизайн PCB:

Хорошая конструкция PCB может эффективно уменьшить влияние помех ESD на продукт. Это также важная часть дизайна ESD в электромагнитной совместимости. Вы можете получить подробные инструкции из этой части курса. При внедрении мер электромагнитной совместимости для готовой продукции трудно перепроектировать PCB (затраты на улучшение слишком высоки), поэтому я не буду здесь представлять.