在開發帶有處理器的電子產品時,今天iPCB要解釋如何提高抗干擾能力和電磁相容性?
1、以下系統應特別注意抗電磁干擾:
(1)一種時鐘頻率高、匯流排週期快的系統。
(2)該系統包含大功率、大電流驅動電路,如火花發生繼電器、大電流開關等。
(3)該系統包括弱類比信號電路和高a/D轉換電路。
2、為提高系統的抗電磁干擾能力,採取以下措施:
(1)選擇低頻微控制器
選擇外部時鐘頻率較低的微控制器可以有效地降低雜訊,提高系統的抗干擾能力。 對於相同頻率的方波和正弦波,方波的高頻分量遠大於正弦波的高頻分量。 雖然方波的高頻分量的振幅小於基波的振幅,但頻率越高,越容易發射並成為雜訊源。 微控制器產生的高頻雜訊約為時鐘頻率的3倍。
(2)减少訊號傳輸中的失真
微控制器主要採用高速CMOS工藝製作。 訊號輸入的靜態輸入電流約為1mA,輸入電容約為10PF,輸入阻抗非常高,而高速CMOS電路的輸出端具有相當大的負載容量,即相當大的輸出值。 如果將柵極的輸出端通過一條長線引至具有高輸入阻抗的輸入端,反射問題將非常嚴重,這將導致訊號失真並新增系統雜訊。 當TPDTR時,它會成為輸電線路問題。 我們必須考慮訊號反射、阻抗匹配等。
印刷電路板上訊號的延遲時間與引線的特性阻抗有關,即印刷電路板資料的介電常數。 可以粗略地認為,訊號在印刷電路板引線中的傳送速率約為光速的1/3到1/2。 在由微控制器組成的系統中,邏輯電話組件的tr(標準延遲時間)在3到18 ns之間。
在印刷電路板上,訊號通過7W電阻和25cm長的引線,線上延遲時間約為4~20ns。 換句話說,印刷電路上的導線越短越好,長度不應超過25cm。 過孔的數量也應盡可能少,不超過2個。
當訊號的上升時間快於訊號的延遲時間時,應按照快速電子學進行處理。 此時,應考慮傳輸線的阻抗匹配。 對於印刷電路板上集成塊之間的訊號傳輸,有必要避免TDИTRD的情况。 印刷電路板越大,系統速度越慢。
印刷電路板設計規則總結如下:
當訊號在印製板上傳輸時,延遲時間不得大於所用設備的標稱延遲時間。
(3)减少訊號線之間的交叉干擾
點A處上升時間為TR的階躍訊號通過導線ab傳輸至端子B。ab線上訊號的延遲時間為TD。 在D點,由於a點的訊號正向傳輸、到達B點後的訊號反射以及AB線的延遲,在TD時間後將產生寬度為TR的頁面脈衝訊號。 在C點,由於訊號在AB上的傳輸和反射,將產生寬度為AB線上訊號延遲時間兩倍的正脈衝訊號,即2TD正脈衝訊號。 這是訊號之間的交叉干擾。 干擾訊號的强度與C點訊號的di/at和線間距有關。 當兩條訊號線不是很長時,在AB上實際看到的是兩個脈衝的疊加。
採用CMOS工藝製作的微控制器具有高輸入阻抗、高雜訊和高雜訊容限。 數位電路疊加100~200mV雜訊,不影響其工作。 如果第一次類比檢查是AB訊號,則干擾變得無法忍受。 如果印刷電路板是四層板,其中一層是大面積接地或雙面板,而訊號線的另一側是大面積接地,則訊號之間的交叉干擾將减少。
這是因為訊號線的特性阻抗在大範圍內降低,並且訊號在d端的反射大大减少。 特性阻抗與訊號線和地面之間介電常數的平方成反比,與介電厚度的自然對數成正比。 如果第一次模擬考試是AB,則可以避免CD對AB的干擾。 AB線下方有一大片區域。 AB線到CD線的距離大於AB線到地面的距離。 可採用局部遮罩接地,接地線可佈置在引線左右兩側的一側,帶引線接頭。
(4)降低電源譟音
電源不僅為系統提供能量,還將其雜訊添加到電源中。 電路中單片機的復位線、中斷線等控制線容易受到外界雜訊的干擾。 電網上的强干擾通過電源進入電路。 即使在電池供電系統中,電池本身也會產生高頻譟音。 類比電路中的類比信號不能承受來自電源的干擾。
(5)注意PCB和組件的高頻特性
在高頻情况下,引線、過孔、電阻器、電容器、連接器、電感和電容在印刷電路板上的分佈不容忽視。 電容的分佈電感不容忽視,電感的分佈電容不容忽視。 當導線長度大於雜訊頻率對應波長的1/20時,將發生天線效應,雜訊將通過導線發射。
(6)合理劃分構件佈局
當元件佈置在印刷電路板上時,應充分考慮抗電磁干擾問題。 原則之一是組件之間的引線應盡可能短。
(7)良好使用去耦電容器
一個好的高頻去耦電容器可以去除高達1GHz的高頻分量。 陶瓷片式電容器或多層陶瓷電容器的高頻特性較好。 在印刷電路板的設計中,應在每個集成電路的電源和接地之間添加去耦電容器。 去耦電容器有兩個功能:一方面,它是集成電路的儲能電容器,提供和吸收集成電路開關門瞬間的充放電能量; 另一方面,它繞過了設備的高頻雜訊。 在數位電路中,0.1uF的典型去耦電容具有5NH分佈電感,其並聯諧振頻率約為7MHz,這意味著它對10MHz以下的雜訊具有良好的去耦效果,對40MHz以上的雜訊幾乎不起作用。