Công nghệ PCB - Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (

Mặt phẳng hình ảnh là một lớp dây dẫn đồng (hoặc dây dẫn khác) nằm bên trong bảng mạch in (PCB). Nó có thể là một mặt phẳng điện áp, hoặc một mặt phẳng tham chiếu 0V liền kề với mạch hoặc lớp định tuyến tín hiệu. Trong những năm 1990, khái niệm máy bay hình ảnh đã được sử dụng rộng rãi và bây giờ nó là một danh từ độc quyền cho các tiêu chuẩn công nghiệp. Bài viết này sẽ giải thích định nghĩa, nguyên tắc và thiết kế của mặt phẳng hình ảnh.

Thiết kế đồ họa

Hình 4 là một mặt phẳng hình ảnh trong PCB, nó có tính năng tự cảm một phần chung. Trong sơ đồ này, hầu hết các dòng RF của dấu vết tín hiệu sẽ quay trở lại mặt phẳng mặt đất, nằm ngay bên dưới dấu vết tín hiệu. Trong cấu trúc "hình ảnh" trở lại này, dòng điện trở lại RF sẽ gặp phải trở kháng hạn chế (cảm ứng). Dòng điện trở lại này tạo ra "gradient điện áp (độ dốc)" (tốc độ thay đổi điện áp trên một đơn vị chiều dài đường dẫn), còn được gọi là "điện áp nhiễu mặt đất". Điện áp tiếng ồn mặt đất sẽ gây ra một số dòng tín hiệu đi qua tụ điện rời rạc trên mặt phẳng mặt đất.

Dòng điện chế độ chung điển hình là 1/10n lần dòng điện chế độ khác biệt Idm (n là số nguyên dương nhỏ hơn 10). Tuy nhiên, dòng điện chế độ chung (I1 và Icm) sẽ tạo ra nhiều bức xạ hơn dòng điện chế độ khác biệt (và). Điều này là do các trường dòng điện RF chế độ chung được cộng lại, trong khi các trường dòng điện chế độ khác biệt được trừ đi.

Để giảm "điện áp nhiễu đất", giá trị cảm ứng chung giữa dấu vết và mặt phẳng hình ảnh gần nhất phải được tăng lên. Điều này có thể cung cấp một đường dẫn nâng cao cho dòng trở lại để ánh xạ dòng hình ảnh trở lại nguồn hiện tại. Vgnd điện áp tiếng ồn mặt đất được tính theo công thức sau:

Vgnd=Lg dI2/dt Mgs dI1/dt

Biểu tượng của hình 4 và công thức trên như sau:

L=một phần của cảm ứng của chính dấu vết tín hiệu.

Msg=cảm ứng phần chung giữa dấu vết tín hiệu và mặt phẳng nối đất.

Lg=một phần của độ tự cảm của mặt phẳng mặt đất.

Mgs=cảm ứng phần chung giữa mặt đất và dấu vết tín hiệu.

Cstray=điện dung đi lạc của mặt phẳng mặt đất.

Vgnd=điện áp tiếng ồn mặt đất.

Để giảm IF trong Hình 4, điện áp tiếng ồn mặt đất phải được giảm. Cách tốt nhất là giảm khoảng cách giữa dấu vết tín hiệu và mặt đất. Trong hầu hết các trường hợp, việc giảm tiếng ồn mặt đất là hữu hạn, vì khoảng cách giữa mặt phẳng tín hiệu và mặt phẳng hình ảnh không thể nhỏ hơn một giá trị nhất định; Nếu thấp hơn giá trị này, trở kháng cố định và chức năng của bảng sẽ không được đảm bảo. Ngoài ra, nó có thể cung cấp một đường dẫn bổ sung cho dòng RF, do đó làm giảm điện áp tiếng ồn mặt đất. Vòng lặp bổ sung này bao gồm nhiều đường nối đất.

Hình 4: Mặt phẳng nối đất trong PCB

Một mặt phẳng ổn định sẽ tạo ra bức xạ chế độ chung. Vì cảm ứng một phần chung có thể làm giảm việc tạo ra dòng RF bức xạ, cảm ứng một phần chung cũng có thể ảnh hưởng đến dòng điện chế độ vi sai và dòng điện chế độ chung. Những dòng điện này có thể được giảm đáng kể bằng cách sử dụng máy bay hình ảnh. Về lý thuyết, dòng điện mô-đun vi sai phải bằng 0, nhưng nó thực sự không thể được loại bỏ 100% và dòng điện mô-đun vi sai còn lại sẽ được chuyển đổi thành dòng điện mô-đun chung. Dòng điện chế độ chung này là nguồn gây nhiễu điện từ chính. Bởi vì dòng RF còn lại trên đường trở lại được cộng với dòng chính (I1) trong đường tín hiệu, gây nhiễu tín hiệu nghiêm trọng. Để giảm dòng điện chế độ chung, chúng ta phải tăng giá trị cảm ứng của phần chung giữa mặt phẳng dấu vết và mặt phẳng hình ảnh lên tối đa để nắm bắt thông lượng từ, do đó loại bỏ năng lượng RF không cần thiết. Điện áp chế độ khác biệt và dòng điện tạo ra dòng điện chế độ chung. Ngoài việc tăng giá trị cảm ứng chung, các phương pháp giảm dòng điện chế độ vi sai cũng phải giảm thiểu khoảng cách giữa mặt phẳng dấu vết và mặt phẳng hình ảnh.

Trong PCB, hiệu suất tốt nhất có thể đạt được nếu đường dẫn trở lại được kết nối với nguồn tham chiếu khi có mặt phẳng hoặc đường dẫn trở lại RF. Đối với TTL và CMOS, nguồn điện và chân nối đất trong chip được kết nối với nguồn tham chiếu, nguồn điện và mặt đất. Mặt phẳng hình ảnh thực chỉ tồn tại khi đường dẫn trả về RF được kết nối với nguồn điện và chân nối đất trong chip. Thông thường, có một mạch nối đất trong chip được kết nối với mặt phẳng nối đất của PCB và do đó tạo ra một mặt phẳng hình ảnh tốt. Nếu bạn xóa mặt phẳng hình ảnh này, bạn sẽ tạo một mặt phẳng hình ảnh "tưởng tượng" giữa dấu chất và mặt phẳng. Do khoảng cách nhỏ giữa các dấu vết, năng lượng bức xạ sẽ giảm, do đó hình ảnh RF sẽ bị lệch. Mặt phẳng hình ảnh lý tưởng phải là vô hạn và không có vết nứt, vết nứt hoặc vết cắt.

Trái đất và vòng lặp tín hiệu

Vì vòng lặp là phương tiện quan trọng nhất để truyền năng lượng RF, điều khiển vòng lặp nối đất hoặc tín hiệu (điều khiển vòng lặp) là một trong những cân nhắc thiết kế quan trọng nhất để ức chế nhiễu điện từ trong PCB. Các yếu tố logic tốc độ cao và bộ dao động phải càng gần mạch mặt đất càng tốt để tránh hình thành các vòng lặp; Sẽ có một xoáy trong vòng lặp này, khi khung gầm hoặc khung gầm được nối đất. Các xoáy được gây ra bởi từ trường thay đổi và thường là ký sinh trùng. Hình 5 cho thấy một vòng lặp được hình thành bởi khe cắm thẻ adapter PC và một điểm nối đất duy nhất. Trong biểu đồ này, có một tín hiệu bổ sung quay trở lại khu vực vòng lặp. Mỗi vòng lặp sẽ tạo ra một trường điện từ và phổ tần số khác nhau. Dòng điện tần số vô tuyến tạo ra một trường bức xạ điện từ với tần số cụ thể có kích thước năng lượng bức xạ liên quan đến diện tích của vòng lặp. Tại thời điểm này, một ngăn chặn phải được sử dụng để ngăn chặn dòng RF kết hợp với các mạch khác; Hoặc bức xạ ra môi trường bên ngoài gây nhiễu điện từ. Tuy nhiên, tốt nhất là tránh các mạch nội bộ tạo ra dòng điện vòng RF bất cứ khi nào có thể.

Hình 5: Vòng nối đất trong PCB

Nếu đường dẫn trở lại của dòng RF không tồn tại, tại thời điểm này, có thể sử dụng dây nối đất kết nối với đế hoặc nguồn tham chiếu 0V để hỗ trợ chuyển động.

Loại bỏ các dòng RF xấu. Điều này còn được gọi là "kiểm soát khu vực tuần hoàn".

Kiểm soát khu vực Loop

Một vòng lặp được cảm nhận bởi một từ trường, trường điện từ của nó có thể được biểu thị bằng một nguồn điện áp. Kích thước của nguồn điện áp này tỷ lệ thuận với tổng diện tích của vòng lặp. Do đó, để giảm hiệu ứng ghép nối của từ trường, diện tích của vòng lặp phải được giảm. Hệ thống tiếp nhận điện trường "pickup" cũng dựa vào các khu vực hình khuyên để tạo thành ăng ten tiếp nhận.

Khi có điện trường, một nguồn hiện tại được tạo ra giữa nguồn điện và mặt phẳng nối đất. Điện trường không được ghép nối từ đường này sang đường khác, nhưng từ dấu vết xuống đất, bao gồm dòng điện chế độ chung. Tuy nhiên, đối với từ trường, vì điện trường sẽ được tạo ra cùng với nó, trường điện từ sẽ được ghép nối từ đường dây đến đường dây và cũng từ dấu vết đến đường đất.

Hầu hết mọi người sẽ bỏ qua sự cần thiết phải thiết lập khu vực vòng lặp giữa các điểm tham chiếu 0V trong nguồn điện và PCB. Khu vực vòng lặp lớn được hiển thị trong Hình 6 dễ thiết kế nhất, nhưng cũng dễ bị "phóng điện tĩnh (ESD)" hoặc các trường khác gây ra để trở thành ăng-ten nhất. PCB xếp chồng nhiều lớp có thể làm giảm thiệt hại cho ESD và có thể làm giảm sản xuất từ trường, ngăn chặn nó phát ra không gian tự do. Trong Hình 7, có một khu vực vòng lặp nhỏ giữa mặt đất và mặt phẳng nguồn.

Việc sử dụng nguồn điện và mặt phẳng nối đất có thể làm giảm độ tự cảm của hệ thống phân phối điện. Nếu trở kháng đặc trưng của hệ thống phân phối điện giảm, việc giảm điện áp của bảng mạch có thể được giảm. Nếu giảm điện áp trở nên nhỏ hơn, hiện tượng "bật lại mặt đất" có thể tránh được. Khi công tắc cổng logic được chuyển đổi nhanh chóng, sự thay đổi dòng điện tức thời được truyền qua chân IC đến mặt phẳng nguồn hoặc mặt đất của bo mạch chủ, gây ra sự dao động trong điện áp tham chiếu đầu vào, do đó tạo ra tiếng ồn tần số vô tuyến (RF) và nhiễu điện từ. Hiện tượng này được gọi là "Ground Bounce". Ngoài ra, trong khi giảm trở kháng đặc trưng, giá trị điện dung giữa mặt phẳng nguồn và mặt đất sẽ tăng lên. Giá trị điện dung này sẽ làm giảm bất kỳ điện áp cảm ứng nào. Đó chính là tác dụng của "unhooked".

Hình 6: Khu vực màu xanh lá cây là một khu vực vòng lớn

Khi các đường tín hiệu được đưa qua lại giữa các thành phần, một khu vực vòng lặp lớn được tạo ra. Nhưng chúng ta thường quên tác động của đường tín hiệu đối với EMI. Mặc dù tính toàn vẹn tín hiệu (miền thời gian) vẫn còn cao, EMI vẫn tồn tại (miền tần số) vì khu vực vòng lặp tín hiệu gây ra nhiều vấn đề hơn hệ thống phân phối điện. Điều này đặc biệt đúng từ quan điểm giáo dục phát triển bền vững; Điều này là do ESD đi trực tiếp vào vòng lặp và chân đầu vào của thành phần. Để giảm thiệt hại mà ESD có thể gây ra, giảm diện tích vòng lặp là cách dễ nhất. Mạng lưới phân tán nguồn điện và mặt đất cung cấp một đường trở kháng thấp có thể truyền năng lượng ESD đến 0V trở lại mặt phẳng tham chiếu. Rốt cuộc, mạch điện là mạch điện và nếu chúng có thể phát ra sóng điện từ, chúng sẽ có thể nhận được nó.

Ngoài việc giảm điện áp nhiễu mặt đất, mặt phẳng hình ảnh cũng có thể ngăn vòng lặp mặt đất RF trở nên lớn hơn vì dòng RF được kết hợp chặt chẽ với dấu vết nguồn của nó và do đó không cần phải tìm đường trở lại khác. Thông lượng từ tính được loại bỏ rất nhiều khi điều khiển vòng lặp được tối đa hóa. Đây là một trong những khái niệm quan trọng nhất để ức chế dòng điện RF trong PCB. Gần mỗi mặt phẳng tín hiệu, cấu hình chính xác của mặt phẳng hình ảnh có thể loại bỏ dòng RF chế độ chung. Mặt phẳng hình ảnh truyền một lượng lớn dòng RF phải được nối đất hoặc kết nối với điểm tham chiếu 0V. Để loại bỏ điện áp tần số vô tuyến dư thừa và xoáy, tất cả các mặt phẳng mặt đất và cơ sở có thể kết nối các điểm tiếp xúc của đế bằng mạch nối đất trở kháng thấp.

Hình 7: Bố trí PCB với diện tích vòng lặp nhỏ

Khoảng cách dây nối đất

Để giảm việc tạo vòng lặp trong PCB, cách đơn giản nhất là thiết kế nhiều dây nối đất và tất cả đều kết nối với vị trí của đế dưới cùng. Vì tốc độ cạnh của tín hiệu đầu ra thành phần đã tăng tốc, nối đất đa điểm đã trở thành một đặc điểm kỹ thuật cần thiết, đặc biệt là khi thiết kế được kết nối bằng I/O. Khi PCB sử dụng nối đất đa điểm và tất cả chúng đều được kết nối với một cấu trúc kim loại, tại thời điểm này, chúng ta phải biết khoảng cách giữa tất cả các dây nối đất.

Khoảng cách giữa các đường mặt đất không được vượt quá tần số cao nhất của đảo/20, tần số cao nhất không chỉ bao gồm tần số chính mà còn cả tần số hài hòa. Nếu tốc độ cạnh của tín hiệu đầu ra của phần tử tương đối chậm, số lượng địa điểm nối với bệ có thể được giảm hoặc khoảng cách từ vị trí nối đất có thể được tăng lên. Ví dụ, đảo/20 của dao động 64 MHz là 23,4 cm. Nếu khoảng cách tuyến tính giữa hai đường mặt đất lớn hơn 23,4 cm, có thể có một vòng tần số vô tuyến, có thể là nguồn truyền năng lượng RF.

Các thành phần trong PCB phải được bố trí chính xác. Giữ các đường đất của các khối chức năng khác nhau gần nhau có thể rút ngắn chiều dài của dấu vết tín hiệu, giảm phản xạ và làm cho việc định tuyến dễ dàng hơn trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu. Nên tránh sử dụng các lỗ quá mức nếu có thể, vì mỗi lỗ sẽ làm tăng độ tự cảm của dấu vết khoảng 1 đến 3 NH.

Ngoài ra, để ngăn chặn việc ghép các vùng băng thông khác nhau, các khối chức năng khác nhau phải được phân chia đúng cách. Các phương pháp bao gồm: sử dụng PCB riêng biệt, cách điện, hệ thống dây điện khác nhau, v.v... Phân chia chính xác có thể cải thiện hiệu suất mạch, làm cho cuộn dây dễ dàng hơn, rút ngắn chiều dài của dấu vết và có thể làm giảm diện tích của vòng lặp và cải thiện chất lượng tín hiệu. Trước khi đi dây, các kỹ sư phải lên kế hoạch cho các thành phần thuộc khối chức năng nào và thông tin này có thể được lấy từ các nhà cung cấp thành phần.