Công nghệ PCB - Ức chế nguồn nhiễu điện từ trong thiết bị điện tử

Nhiễu điện từ được tìm thấy rộng rãi trong tất cả các loại thiết bị điện tử và điện tử, tất cả các loại thiết bị điện tử sẽ phát ra sóng điện từ nhiều hơn hoặc ít hơn trong khi làm việc, gây nhiễu cho hoạt động bình thường của toàn bộ thiết bị. Trong thiết kế thiết bị điện tử, một số thiết bị điện và điện tử không đủ điều kiện vì khả năng tương thích điện từ không được xem xét đầy đủ. Vì vậy, người viết tổng kết một số vấn đề cần chú ý.

Kết nối mặt đất

Mạch analog và mạch kỹ thuật số có nguồn điện và đường dẫn nối đất độc lập. Cố gắng mở rộng dây điện và dây nối đất cho cả hai phần của mạch hoặc sử dụng các lớp nguồn và hệ thống riêng biệt để giảm trở kháng của nguồn điện và mạch nối đất và giảm bất kỳ điện áp gây nhiễu nào có thể có trong mạch nguồn và mạch nối đất.

Tương tự và kỹ thuật số của PCB hoạt động riêng lẻ có thể được gắn vào một điểm duy nhất gần vị trí kết nối hệ thống. Nếu điện áp nguồn là như nhau, nguồn cung cấp cho các mạch analog và kỹ thuật số được kết nối tại lối vào nguồn tại một điểm duy nhất. Nếu điện áp nguồn không phù hợp, hai nguồn gần nhau hơn. Một tụ điện -1½2 Isla ¼f được đặt để cung cấp một đường dẫn cho tín hiệu trở lại hiện tại giữa hai nguồn điện.

Dây nối đất lý tưởng là một thực thể vật lý với điện trở bằng không, không tiềm năng. Nó không chỉ là một điểm tham chiếu cho tín hiệu mà còn không tạo ra sự sụt giảm điện áp khi dòng điện đang chảy. Trong các thiết bị điện tử thực tế, dây mặt đất lý tưởng này không tồn tại và khi dòng điện chạy qua dây mặt đất, chắc chắn sẽ có sự sụt giảm điện áp. Theo đó, cơ chế hình thành nhiễu trong đường mặt đất có thể được quy kết cho hai điểm sau. Đầu tiên, giảm trở kháng thấp và trở kháng thức ăn. Thứ hai, lựa chọn chính xác phương thức nối đất, chặn đường nối đất. Chia thành mặt đất nổi, mặt đất đơn điểm, mặt đất đa điểm và mặt đất hỗn hợp theo cách tiếp đất. Nếu nhiễu từ các đường nhạy cảm chủ yếu đến từ không gian bên ngoài hoặc vỏ hệ thống, thì có thể sử dụng đất nổi để giải quyết vấn đề này. Tuy nhiên, thiết bị nổi trên mặt đất dễ tạo ra sự tích tụ tĩnh điện. Xả tĩnh xảy ra khi điện tích đạt đến một mức nhất định, vì vậy mặt đất nổi không thích hợp để sử dụng trong các thiết bị điện tử nói chung.

Yêu cầu bố trí lắp ráp PCB

Bố cục của các thành phần mạch và đường dẫn tín hiệu phải giảm thiểu sự kết hợp lẫn nhau của các tín hiệu không mong muốn:

(1) Các kênh tín hiệu điện tử cấp thấp không nên gần các kênh tín hiệu cấp cao và các đường dây điện không lọc, bao gồm các mạch có thể tạo ra các quá trình thoáng qua.

(2) Các mạch logic cao, trung bình và tốc độ thấp sử dụng các khu vực khác nhau trên PCB.

(3) Khi sắp xếp mạch, chiều dài của đường tín hiệu phải được giảm thiểu.

(4) Đảm bảo không có đường tín hiệu song song quá dài giữa các tấm liền kề, giữa các lớp liền kề của cùng một tấm và giữa các dây liền kề trên cùng một lớp.

(5) Bộ lọc nhiễu điện từ (EMI) phải càng gần nguồn EMI càng tốt và được đặt trên cùng một bảng mạch.

(6) Bộ chuyển đổi DC/DC, phần tử chuyển đổi và bộ chỉnh lưu phải càng gần máy biến áp càng tốt để giảm thiểu chiều dài dây của nó.

(7) Giữ các bộ phận điều chỉnh điện áp và tụ điện lọc càng gần diode chỉnh lưu càng tốt.

(8) Bảng in được chia theo đặc tính chuyển đổi tần số và dòng điện. Thành phần tiếng ồn và thành phần không tiếng ồn nên cách xa nhau hơn.

(9) Hệ thống dây điện nhạy cảm với tiếng ồn không nên song song với dòng điện cao, đường chuyển mạch tốc độ cao.

Thiết kế bảng nhiều lớp

Trong thiết kế bảng nhiều lớp, mặt phẳng nguồn phải gần mặt phẳng nối đất và được bố trí bên dưới mặt phẳng nối đất. Bằng cách này, tụ điện giữa hai tấm kim loại có thể được sử dụng làm tụ điện mịn cho nguồn điện, và mặt phẳng mặt đất cũng che chắn dòng bức xạ phân phối trên mặt phẳng nguồn điện; Để tạo ra sự loại bỏ thông lượng, các lớp dây phải được bố trí gần toàn bộ mặt phẳng kim loại. Các đường in của lớp giữa tạo thành các ống dẫn sóng phẳng và bề mặt tạo thành các đường vi băng. Đặc tính truyền tải của cả hai là khác nhau; Mạch đồng hồ và mạch tần số cao là nguồn gây nhiễu và bức xạ chính. Chúng phải được sắp xếp riêng biệt và cách xa các mạch nhạy cảm; Tất cả các tấm in có điện áp nhất định sẽ phát ra năng lượng điện từ vào không gian. Để giảm hiệu ứng này, kích thước vật lý của bảng in phải nhỏ hơn 20H so với kích thước vật lý của sàn nối gần nhất, trong đó H là bề mặt của cả hai bảng in. Khoảng cách. Theo kích thước bảng in điển hình chung 20H thường là khoảng 3mm,

Để tránh nhiễu xuyên âm điện từ gây ra bởi khoảng cách tương đối nhỏ giữa hai dòng in, bất kỳ khoảng cách dòng nào cũng phải được duy trì ít nhất 2 lần chiều rộng của dòng in, nghĩa là không nhỏ hơn 2W, trong đó w là chiều rộng của dòng in.

Thiết lập tụ điện tách rời

Một tụ tách tần số cao tốt có thể loại bỏ các thành phần tần số cao lên đến 1GHz. Tụ gốm hoặc tụ gốm nhiều lớp có đặc tính tần số cao hơn. Khi thiết kế bảng mạch in, một tụ điện tách rời phải được thêm vào giữa nguồn điện và mặt đất của mỗi mạch tích hợp. tụ điện tách rời có hai chức năng: một mặt, nó là tụ điện lưu trữ năng lượng của mạch tích hợp, cung cấp và hấp thụ năng lượng sạc và xả ngay lập tức khi mạch tích hợp mở và đóng; Mặt khác, nó bỏ qua tiếng ồn tần số cao của thiết bị.

Ức chế khớp nối điện từ giữa các dòng

Giảm diện tích vòng lặp của các nguồn gây nhiễu và mạch nhạy cảm. Cách tốt nhất là sử dụng dây xoắn đôi và dây che chắn để làm cho dây tín hiệu và dây mặt đất (hoặc mạch tàu sân bay) bị mắc kẹt với nhau, làm cho khoảng cách ngắn nhất giữa tín hiệu và dây mặt đất (hoặc mạch tải); Tăng khoảng cách giữa các đường làm cho cảm giác lẫn nhau giữa nguồn gây nhiễu và đường cảm ứng càng nhỏ càng tốt; Nếu có thể, dây nguồn gây nhiễu và dây cảm ứng được định tuyến ở góc phải (hoặc gần bên phải), điều này có thể làm giảm đáng kể hai khớp nối giữa các dây;

Các cách khác để giảm tiếng ồn và nhiễu điện từ

(1) Bao quanh khu vực đồng hồ bằng các đường nối đất và giữ cho đường đồng hồ càng ngắn càng tốt.

(2) Cố gắng cung cấp một số hình thức giảm xóc cho rơle, v.v.

(3) Sử dụng đồng hồ tần số thấp nhất phù hợp với yêu cầu hệ thống.

(4) Bộ tạo đồng hồ càng gần thiết bị sử dụng đồng hồ càng tốt. Vỏ của bộ dao động tinh thể thạch anh nên được nối đất.

(5) Mạch điều khiển I/O phải càng gần cạnh của bảng in càng tốt và rời khỏi bảng càng sớm càng tốt. Các tín hiệu đi vào bảng in nên được lọc, cũng như các tín hiệu từ các khu vực có tiếng ồn cao. Đồng thời, một loạt các điện trở đầu cuối nên được sử dụng để giảm phản xạ tín hiệu.

(6) Các đầu vào của mạch cổng không sử dụng không nên ở trạng thái nổi. Đầu vào tích cực của bộ khuếch đại hoạt động không sử dụng phải được nối đất và đầu vào tiêu cực phải được kết nối với đầu ra.

(7) Bảng in nên cố gắng sử dụng đường 45 độ thay vì đường 90 độ để giảm phát xạ và ghép nối bên ngoài của tín hiệu tần số cao.

(8) Tín hiệu lựa chọn đồng hồ, xe buýt và chip phải cách xa cáp I/O và đầu nối.

(9) Đường đầu vào điện áp tương tự và thiết bị đầu cuối điện áp tham chiếu phải càng xa đường tín hiệu mạch kỹ thuật số càng tốt, đặc biệt là đồng hồ.

Đối với các thiết bị A/D, phần kỹ thuật số và phần analog thích hợp nhất hơn là chéo.

(10) Không định tuyến dưới tinh thể thạch anh và dưới thiết bị nhạy cảm với tiếng ồn.

Tóm lại

Trong thiết kế PCB, cần phải xem xét tác động của các nhiễu khác nhau. Thiết kế hoàn chỉnh có thể mô phỏng hiệu quả nhiễu điện từ, rút ngắn chu kỳ thiết kế sản phẩm và cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống.