PCB Teknik - EMI/EMC Tasarım Lektiri: Yazık Döngü Tahtası Görüntü Uçağı (2. Bölüm)

Görüntü uça ğı, basılı devre tahtasının (PCB) içinde bulunan bakra yöneticilerinin (ya da diğer yöneticilerin) katı. Bir devre veya sinyal yönlendirme katmanına yakın bir 0 V referens uça ğı olabilir. 90'larda görüntü uça ğının konsepti geniş olarak kullanıldı ve şimdi bu endüstri standartları için uygun bir terim. Bu makale görüntü uçağının tanımını, prensipini ve tasarımı açıklayacak.

Resim uçağının tasarımı

4. görüntü PCB'deki görüntü uça ğıdır, ortak bir parçacık etkisi vardır. Bu şekilde, sinyal izlerinin çoğunu yeryüzü uçağına geri dönecek. Bu sinyal izlerinin doğrudan altında. Bu dönüşte "görüntü" yapısında, RF dönüş akışı sınırlı bir impedans ile karşılaşacak. Bu dönüş şu anda "voltage gradient (slope)" (the rate of change of voltage per unit path length), also known as "ground-noise voltage". Yer gürültü voltasyonu sinyal akışının bir parçasının yeryüzünde diskretli kapasiteler geçmesini sağlayacak.

Tipik ortak mod a ğızı 1/10n çarpı farklı mod ağımdaki Idm'dir (n, 10'den az pozitif bir büyük sayı). Ancak ortak rejim (I1 ve Icm) farklı rejimden daha fazla radyasyon oluşturacak. Çünkü ortak moda radyo frekansı ağımdaki alan bağımlıdır, farklı moda alanı kaldırıcı.

"Yer gürültü voltasyonu azaltmak için, izler ve en yakın görüntü uçağı arasındaki ortak induktans değeri arttırmalıdır. Bu, resim ağımdaki kaynağına geri dönüştürmek için gelişmiş bir yol sağlayabilir. Yer gürültü voltasyonu Vgnd'un hesaplama formülü böyle:

Vgnd = Lg dI2/dt-Mgs dI1/dt

4. çizim ve yukarıdaki formülün sembolik anlamı böyle:

Ls = sinyal izlerinin incelemesinin bir parçası.

Bayan = sinyal izleri ve toprak uçağı arasındaki ortak parçacık etkisi.

Lg = toprak uçağının kendi etkisinin bir parçası.

Mgs = yeryüzü uçağı ve sinyal izleri arasındaki ortak parçacık etkisi.

Cstray = toprak uçağının sapık kapasitesi.

Vgnd = yerel uçak sesi voltasyonu.

4. Şekil'de eğer sesi azaltmak için yeryüzü gürültü voltasyonu azaltmalı. En iyi yol sinyal izleri ve toprak uçağı arasındaki mesafeyi azaltmak. Çoğu durumda, yeryüzü sesi azaltma sınırı var, çünkü sinyal uça ğı ve görüntü uçağı arasındaki mesafe belli değerden az olamaz. Eğer bu değerden daha düşük olursa, devre tahtasının sabit impedansı ve fonksiyonu garanti edilmeyecek. Ayrıca, radyo frekanslarının akışı için de bir yol sağlayabilir, bu yüzden yeryüzü gürültüsünü azaltır. Bu ekstra dönüş yolu birkaç yer kabloları içeriyor.

4. Şekil: PCB'deki toprak uçağı

stabil bir uçak ortak moda radyasyon üretir. Ortak parçacık induktans ışık radyo frekanslarının nesilini azalttırabilir, ortak parçacık induktans de farklı mod ağırlığına ve ortak moda ağırlığına etkileyecek. Görüntü uçağının kullanımı bu akışları çok düşürebilir. Teoriye göre, farklı mod a ğıllığı sıfır ile eşit olmalı, fakat aslında yüzde 100'ü yok edemez ve kalan farklı mod ağıllığı ortak bir moda ağıllığına dönüştürülecek. Bu ortak moda akışı elektromagnet araştırmalarının ana kaynağıdır. Çünkü geri dönüş yolunda kalan RF akışı sinyal yolundaki ana akışına (I1) eklenir ve ciddi sinyal araştırmalarına sebep ediyor. Ortak moda akışını azaltmak için, izler uçağı ve görüntü uçağı arasındaki ortak parçasının induktans değerini maksimum olarak arttırmalıyız. Manyetik fluksini yakalamak için, bu yüzden gereksiz radyo frekans enerjisini yok etmeliyiz. Farklı mod voltaj ve şu anda ortak mod akışını üretecek. Ortak induktans değerini arttırmak üzere, farklı modu ağırlığını azaltma yöntemi de izler uçağı ve resim uçağı arasındaki mesafeyi azaltmalı.

PCB'de, bir RF dönüş uça ğı veya yol varsa, eğer dönüş yolu bir referans kaynağı ile bağlı olursa en iyi performans alınabilir. TTL ve CMOS için, çipindeki güç ve toprak pinleri referens kaynağı, enerji temsili ve yeryüzü uçağı ile bağlantılı. Sadece RF dönüş yolu çipindeki güç ve toprak çatlarına bağlı olduğunda gerçek bir görüntü uça ğı bulunacak. Genelde çipinde yer devreleri var ve bu devre PCB'nin yeryüzü uça ğı ile bağlantılı, bu yüzden iyi bir görüntü uçağı üretildi. Eğer bu resim uçağı kaldırılırsa, izler ve yeryüzü uçağı arasında "hayal gücü" görüntü uçağı oluşturulacak. İzlerin arasındaki mesafe küçük olduğundan beri, radyasyon enerjisi azaltılacak, bu yüzden RF görüntüsü yenilenecek. İlk görüntü uçağı sonsuz olmalı ve parçalar, köşeler veya kesilmek yok.

Yer ve sinyal dönüşü

Çeviri radyo frekans enerjisinin, yerleştirme veya sinyal dönüş dönüş kontrolü (dönüş dönüş kontrolü) için en önemli bir ortamdır. PCB'deki elektromagnet interferini bastırmak için en önemli tasarım düşüncelerinden biridir. Yüksek hızlı mantıklı komponentler ve oscillatörler bir döngü oluşturmayı engellemek için yerleştirme devresine kadar yakın olmalı; Bu dönüşte dökülen akışlar olacak. Şasiz ya da şasis bu zamanda yerleştirilecek. Eddy akışları manyetik alanları değiştirmek ve genelde parasitik oluyor. Şekil 5, PC'in adapter kartı yerinde oluşturduğu dönüşü ve tek nokta yerleştirmesini gösterir. Bu şekilde, bir sinyal dönüş alanı var. Her döngü farklı bir elektromagnet alanı ve frekans spektrumu üretir. Radyo frekanseri akışı belli bir frekans üzerinde elektromanyetik radyasyon alanı oluşturacak ve radyasyon enerjisinin boyutu döngüsün alanına bağlı. Bu zamanlar, radyo frekanslarının diğer devrelere bağlanmasını engellemek için bir tutuklama kullanılmalı; veya dışarıdaki çevre radyasyonu, elektromagnet araştırmalarına sebep ediyor. Ancak, iç devre tarafından oluşturduğu RF döngüsünden kaçınmak mümkün olduğunca iyi.

5. Şekil: PCB'deki toprak dönüşü

Eğer radyo frekanslarının geri dönüş yolu bulunmuyorsa, bu anda temel veya 0V referans kaynağına yardım etmek için yer çizgi kullanılabilir.

Kötü radyo frekansı akışını sil. Buna da "loop area control" denir.

Dönüş alanının kontrolü

Manyetik alan tarafından üretilen bir döngü, elektromagnet alanı voltaj kaynağı tarafından temsil edilebilir. Bu voltaj kaynağının büyüklüğü döngünün toplam bölgesine uyumlu. Bu yüzden, manyetik alanın bağlantı etkisini azaltmak için döngünün bölgesini azaltmalı. Elektrikli alan "pickup" sistemi de alın bir antene oluşturmak için dönüş alanına bağlı.

Elektrik alan olduğunda, enerji temsili ve yerel uça ğı arasında bir kaynak oluşturulacak. Elektrikli alan çizgiden çizgi çizgi olmayacak, ama ortak moda akışlarını dahil eden izlerden yere çiftilecek. Ancak manyetik alan için, elektrik alan onunla oluşturulacağından beri, elektromagnetik alan çizgiden çizgiye kadar birleştirilecek, ve aynı zamanda izlerden yeryüzüne kadar.

Çoğu insan, PCB'deki enerji temsili ve 0V referens noktası arasında bir dönüş alanını ayarlaması gerektiğini görmezden gelecektir. Görüntü 6'da gösterilen büyük döngü alanı tasarlamak en kolaydır, ama aynı zamanda "elektrostatik patlama (ESD)" veya diğer alanlar anten olmak için etkilenmek en kolaydır. Çok katlanmış PCB, ESD'nin hasarını azaltır ve manyetik alanın nesillerini azaltır ve ışıklamasını boş alana engelleyebilir. 7. Şekilde, yeryüzü ve güç uça ğı arasında küçük bir dönüş alanı var.

Güç ve toprak uçaklarını kullanarak enerji dağıtım sisteminin etkisini azaltır. Eğer elektrik dağıtım sisteminin özellikleri engellemesi azaltılırsa, devre tahtasının voltaj düşüşümü azaltılabilir. Eğer voltaj düşüşünün küçük olursa, "toprak düşüşünün" fenomeni kaçırılabilir. Mantık kapı değiştirmesi hızlı değiştirildiğinde, anlık şu anda değişiklik enerji uçağına ya da yeryüzü uçağına IC çarpılarından yayılacak, giriş referens voltasyonunda fluksiyonlar sebep ediyor, sonra radyo frekans sesi (RF sesi) ve elektromagnetik araştırmaları oluşturulacak. Bu fenomen "toprak sıçrama" denir. Ayrıca, karakteristik impedans azaltırken, enerji uçağı ve yeryüzü arasındaki kapasitet değeri arttırır. Bu kapasitetim değeri, her türlü güç düşürmesini sağlayacak. Bu "çözülme" etkisi.

Görüntü 6: Yeşil alan büyük bir döngü alanıdır.

Sinyal çizgi komponentler arasında kapatıldığında büyük bir dönüş alanı oluşturur. Ama genelde EMI'nin sinyal hatlarının etkisini unutuyoruz. Sinyal bütünlük (zaman alanı) hâlâ yüksek olsa da, EMI hâlâ (frekans alanı) var çünkü sinyal döngü alanı elektrik dağıtım sistemlerinden daha fazla sorun yaratır. Bu özellikle ESD görüntüsünden doğru. Çünkü ESD, döngü ve komponentlerin giriş parçalarını doğrudan girdi. ESD'nin sebep olabileceği hasarı azaltmak için, döngü alanını azaltmak en kolay yoldur. Güç ve toprak uça ğı decentralize ağ, ESD enerjisini 0V dönüş referans uçağına gönderebilecek düşük impedans yolunu sağlar. Sonuçta devreler devreler ve elektromagnet dalgalarını yayabilirlerse elektromagnet dalgalarını alabilirler.

Yer gürültüsünü azaltmak üzere, görüntü uçağı da RF toprak dönüsünü daha büyükleşmesini engelleyebilir, çünkü RF akışı şu anki kaynak izleriyle sıkı olarak bağlanıyor, bu yüzden başka bir dönüş yolu bulmamız gerekmiyor. Röntge kontrolü büyüklendiğinde manyetik akışı çok kaldırılır. Bu, PCB'deki radyo frekanslarını bastırmak için en önemli fikirlerden biridir. Her sinyal uçağının yakınlarında, resim uçağının doğru yapılandırması ortak moda radyo frekansı akışını silebilir. Büyük bir miktar radyo frekans akışını yayınlayan görüntü uça ğı 0V referens noktasına yerleştirilmeli ya da bağlanmalı. Yüksek RF voltajı ve düşük akışları silmek için tüm yerleştirme ve temel uçaklar bazın temel noktasına düşük impedans yerleştirme devrelerinden bağlanabilir.

7. Şekil: Küçük bir dönüş alanı olan PCB düzeni

Temel kablo uzağı

PCB'deki döngü üretimi azaltmak için en kolay yol, birçok temel kabloları tasarlamak ve bunların hepsi temel noktasına bağlı. Komponentünün çıkış sinyalinin s ınır hızlandırıldığından beri çoklu noktalar yerleştirmesi gerekli bir belirleme oldu, özellikle I/O bağlantısını kullanan bir tasarım olduğunda. PCB'nin çoklu noktalar yerleştirmesini kullandığında ve hepsi metal yapısıyla bağlantılı olduğunda, şu and a tüm yerleştirme kablelerin arasındaki uzayı bilmeliyiz.

Yer kabloları arasındaki mesafe, en yüksek frekansların λ/20'den fazla geçemez. Bu da sadece ana frekansları değil, aynı zamanda harmonik frekansları. Eğer bir komponentin çıkış sinyalinin sınır hızı relativiyle yavaş olursa, temel ile bağlantılı temel noktaların sayısı azaltılabilir, ya da yerleştirme pozisyonundan uzaktan artılabilir. Örneğin, 64MHz oscillatörünün λ/20 23,4 cm'dir. Eğer iki toprak kablosu arasındaki lineer mesafe 23,4 cm'den daha büyük olursa, radyo frekans döngüsü olabilir, bu da radyo frekanslarının enerji yayılması kaynağı olabilir.

PCB'deki komponentlerin düzeni doğru olmalı. Farklı fonksiyonel blokların yeryüzü kablolarını birbirine yakın olarak koymak sinyal izlerinin uzunluğunu kısayabilir, refleksiyonu azaltır ve sinyalin bütünlüğünü koruyarak kabloları kolaylaştırar. Viyatlarının kullanımından mümkün olduğunca kaçınması gerekiyor, çünkü her yol izlerin indukatyonunu yaklaşık 1-3 nH ile artıracak.

Ayrıca, farklı bandwidth alanlarının birleşmesini engellemek için farklı fonksiyonel bloklar düzgün bölünmesi gerekir. Yöntemler ayrı PCB kullanarak, izolasyon, farklı düzenleme... Doğru bölüm devre performansını geliştirebilir, rüzgarları kolaylaştırabilir, izlerin uzunluğunu kısayabilir ve dönüşün alanını azaltır ve sinyal kalitesini geliştirebilir. Mühendislere çalışmadan önce hangi komponentlerin çalışma bloğuna ait olduğunu planlamalılar ve bu bilgi komponent temsilcisinden alınabilir.