site logo

تحليل تكنولوجيا تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور على أساس التوافق الكهرومغناطيسي

بالإضافة إلى اختيار المكونات وتصميم الدوائر ، جيد لوحة الدوائر المطبوعة تصميم (ثنائي الفينيل متعدد الكلور) هو أيضًا عامل مهم جدًا في التوافق الكهرومغناطيسي. المفتاح لتصميم PCB EMC هو تقليل منطقة إعادة التدفق قدر الإمكان والسماح بتدفق مسار إعادة التدفق في اتجاه التصميم. تأتي مشكلات تيار العودة الأكثر شيوعًا من التشققات في المستوى المرجعي ، وتغيير طبقة المستوى المرجعي ، وتدفق الإشارة عبر الموصل. قد تحل مكثفات العبور أو مكثفات الفصل بعض المشكلات ، ولكن يجب مراعاة الممانعة الإجمالية للمكثفات ، وفتحات التوصيل ، والوسادات ، والأسلاك. ستعرض هذه المحاضرة تقنية تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور من إي إم سي من ثلاثة جوانب: إستراتيجية طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ومهارات التخطيط وقواعد الأسلاك.

ipcb

استراتيجية طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

السماكة ، من خلال العملية وعدد الطبقات في تصميم لوحة الدوائر ليست هي المفتاح لحل المشكلة. إن التكديس الطبقي الجيد هو ضمان تجاوز وفصل ناقل الطاقة وتقليل الجهد العابر على طبقة الطاقة أو الطبقة الأرضية. مفتاح حماية المجال الكهرومغناطيسي للإشارة ومصدر الطاقة. من منظور تتبعات الإشارة ، يجب أن تكون استراتيجية الطبقات الجيدة هي وضع كل آثار الإشارات على طبقة واحدة أو عدة طبقات ، وتكون هذه الطبقات بجوار طبقة الطاقة أو الطبقة الأرضية. بالنسبة لمصدر الطاقة ، يجب أن تكون استراتيجية الطبقات الجيدة هي أن تكون طبقة الطاقة مجاورة للطبقة الأرضية ، وأن تكون المسافة بين طبقة الطاقة والطبقة الأرضية صغيرة قدر الإمكان. هذا ما نسميه إستراتيجية “الطبقات”. أدناه سوف نتحدث على وجه التحديد عن استراتيجية طبقات PCB الممتازة. 1. يجب أن يكون مستوى الإسقاط لطبقة الأسلاك في منطقة طبقة مستوى إعادة التدفق. إذا لم تكن طبقة الأسلاك في منطقة الإسقاط لطبقة مستوى إعادة التدفق ، فستكون هناك خطوط إشارة خارج منطقة العرض أثناء الأسلاك ، مما سيؤدي إلى مشكلة “إشعاع الحافة” ، وسيؤدي أيضًا إلى زيادة منطقة حلقة الإشارة ، مما أدى إلى زيادة إشعاع الوضع التفاضلي. 2. حاول تجنب إنشاء طبقات الأسلاك المجاورة. نظرًا لأن آثار الإشارات المتوازية على طبقات الأسلاك المجاورة يمكن أن تتسبب في تداخل الإشارة ، إذا كان من المستحيل تجنب طبقات الأسلاك المجاورة ، فيجب زيادة تباعد الطبقة بين طبقتين من الأسلاك بشكل مناسب ، ويجب أن تباعد الطبقة بين طبقة الأسلاك ودائرة الإشارة الخاصة بها يتم تخفيض. 3. يجب أن تتجنب طبقات المستوى المجاورة تداخل مستويات الإسقاط الخاصة بها. لأنه عندما تتداخل الإسقاطات ، فإن سعة الاقتران بين الطبقات ستؤدي إلى ازدواج الضوضاء بين الطبقات مع بعضها البعض.

تصميم لوحة متعدد الطبقات

عندما يتجاوز تردد الساعة 5 ميجاهرتز ، أو يكون وقت ارتفاع الإشارة أقل من 5 نانو ثانية ، من أجل التحكم في منطقة حلقة الإشارة جيدًا ، يكون تصميم اللوحة متعدد الطبقات مطلوبًا بشكل عام. يجب الانتباه إلى المبادئ التالية عند تصميم اللوحات متعددة الطبقات: 1. طبقة الأسلاك الرئيسية (الطبقة التي يوجد بها خط الساعة ، وخط الناقل ، وخط إشارة الواجهة ، وخط تردد الراديو ، وخط إشارة إعادة الضبط ، وخط إشارة اختيار الشريحة ، وإشارة التحكم المختلفة تقع الخطوط) بجوار مستوى الأرض بالكامل ، ويفضل أن يكون ذلك بين مستويين أرضيين ، كما هو موضح في الشكل 1. خطوط الإشارة الرئيسية هي عمومًا إشعاع قوي أو خطوط إشارة شديدة الحساسية. يمكن أن يؤدي التوصيل بالقرب من مستوى الأرض إلى تقليل مساحة حلقة الإشارة أو تقليل كثافة الإشعاع أو تحسين القدرة على مقاومة التداخل.

Figure 1 The key wiring layer is between the two ground planes

2. ينبغي سحب مستوى القدرة بالنسبة لمستوى الأرض المجاور له (القيمة الموصى بها 5H ~ 20H). يمكن أن يؤدي تراجع مستوى القدرة بالنسبة إلى مستوى الأرض العائد إلى قمع مشكلة “إشعاع الحافة” بشكل فعال.

In addition, the main working power plane of the board (the most widely used power plane) should be close to its ground plane to effectively reduce the loop area of ​​the power supply current, as shown in Figure 3.

Figure 3 The power plane should be close to its ground plane

3. Whether there is no signal line ≥50MHz on the TOP and BOTTOM layers of the board. If so, it is best to walk the high-frequency signal between the two plane layers to suppress its radiation to the space.

Single-layer board and double-layer board design

لتصميم اللوحات ذات الطبقة الواحدة والطبقة المزدوجة ، يجب الانتباه إلى تصميم خطوط الإشارة الرئيسية وخطوط الطاقة. يجب أن يكون هناك سلك أرضي بجوار مسار الطاقة وبالتوازي معه لتقليل مساحة حلقة التيار الكهربائي. يجب وضع “خط الدليل الأرضي” على جانبي خط الإشارة الرئيسي للوحة أحادية الطبقة ، كما هو موضح في الشكل 4. يجب أن يكون مستوى إسقاط خط الإشارة الرئيسي للوحة مزدوجة الطبقة مساحة كبيرة من الأرض ، أو بنفس طريقة اللوح أحادي الطبقة ، تصميم “خط التوجيه الأرضي” ، كما هو موضح في الشكل 5. يمكن أن يقلل “السلك الأرضي للحراسة” على جانبي خط الإشارة الرئيسية من منطقة حلقة الإشارة من ناحية ، وكذلك منع الحديث المتبادل بين خط الإشارة وخطوط الإشارة الأخرى.

بشكل عام ، يمكن تصميم طبقات لوحة PCB وفقًا للجدول التالي.

PCB layout skills

When designing the PCB layout, fully comply with the design principle of placing in a straight line along the signal flow direction, and try to avoid looping back and forth, as shown in Figure 6. This can avoid direct signal coupling and affect signal quality. In addition, in order to prevent mutual interference and coupling between circuits and electronic components, the placement of circuits and the layout of components should follow the following principles:

1. إذا تم تصميم واجهة “أرضية نظيفة” على السبورة ، فيجب وضع مكونات الترشيح والعزل على شريط العزل بين “الأرض النظيفة” وأرض العمل. يمكن أن يمنع ذلك أجهزة الترشيح أو العزل من الاقتران ببعضها البعض من خلال الطبقة المستوية ، مما يضعف التأثير. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن وضع أجهزة أخرى على “الأرض النظيفة” ، باستثناء أجهزة التصفية والحماية. 2. عند وضع دارات متعددة الوحدات على نفس ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يجب وضع الدوائر الرقمية والدوائر التناظرية ، والدوائر عالية السرعة ومنخفضة السرعة بشكل منفصل لتجنب التداخل المتبادل بين الدوائر الرقمية والدوائر التناظرية والدوائر عالية السرعة و دوائر منخفضة السرعة. بالإضافة إلى ذلك ، عند وجود دوائر عالية ومتوسطة ومنخفضة السرعة على لوحة الدائرة في نفس الوقت ، وذلك لمنع ضوضاء الدائرة عالية التردد من الإشعاع إلى الخارج عبر الواجهة.

3. يجب وضع دائرة المرشح لمنفذ إدخال الطاقة للوحة الدائرة بالقرب من الواجهة لمنع الدائرة التي تم ترشيحها من الاقتران مرة أخرى.

الشكل 8 يجب وضع دائرة المرشح لمنفذ إدخال الطاقة بالقرب من الواجهة

4. The filtering, protection and isolation components of the interface circuit are placed close to the interface, as shown in Figure 9, which can effectively achieve the effects of protection, filtering and isolation. If there is both a filter and a protection circuit at the interface, the principle of first protection and then filtering should be followed. Because the protection circuit is used for external overvoltage and overcurrent suppression, if the protection circuit is placed after the filter circuit, the filter circuit will be damaged by overvoltage and overcurrent. In addition, since the input and output lines of the circuit will weaken the filtering, isolation or protection effect when they are coupled with each other, ensure that the input and output lines of the filter circuit (filter), isolation and protection circuit do not couple with each other during layout.

5. Sensitive circuits or devices (such as reset circuits, etc.) should be at least 1000 mil away from each edge of the board, especially the edge of the board interface.

6. يجب وضع تخزين الطاقة ومكثفات التصفية عالية التردد بالقرب من دوائر الوحدة أو الأجهزة ذات التغييرات الحالية الكبيرة (مثل أطراف الإدخال والإخراج لوحدة الطاقة والمراوح والمرحلات) لتقليل مساحة الحلقة في حلقة تيار كبيرة.

7. يجب وضع مكونات المرشح جنبًا إلى جنب لمنع تداخل الدائرة المصفاة مرة أخرى.

8. احتفظ بأجهزة الإشعاع القوية مثل البلورات ، ومذبذبات الكريستال ، والمرحلات ، وإمدادات الطاقة التحويلية على بعد 1000 ميل على الأقل من موصلات واجهة اللوحة. وبهذه الطريقة ، يمكن إشعاع التداخل مباشرة أو يمكن اقتران التيار بالكابل الخارج للإشعاع للخارج.

قواعد الأسلاك PCB

بالإضافة إلى اختيار المكونات وتصميم الدوائر ، فإن الأسلاك الجيدة للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هي أيضًا عامل مهم جدًا في التوافق الكهرومغناطيسي. نظرًا لأن ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو مكون متأصل في النظام ، فإن تحسين التوافق الكهرومغناطيسي في أسلاك ثنائي الفينيل متعدد الكلور لن يؤدي إلى تكاليف إضافية للانتهاء النهائي من المنتج. يجب على أي شخص أن يتذكر أن تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور السيئ يمكن أن يسبب المزيد من مشاكل التوافق الكهرومغناطيسي ، بدلاً من التخلص منها. في كثير من الحالات ، حتى إضافة المرشحات والمكونات لا يمكن أن تحل هذه المشاكل. في النهاية ، كان لابد من إعادة توصيل اللوحة بأكملها. لذلك ، فهي الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتطوير عادات جيدة لأسلاك ثنائي الفينيل متعدد الكلور في البداية. سيقدم ما يلي بعض القواعد العامة لأسلاك ثنائي الفينيل متعدد الكلور واستراتيجيات تصميم خطوط الكهرباء والخطوط الأرضية وخطوط الإشارة. أخيرًا ، وفقًا لهذه القواعد ، يتم اقتراح إجراءات التحسين لدائرة لوحة الدوائر المطبوعة النموذجية لمكيف الهواء. 1. فصل الأسلاك تتمثل وظيفة فصل الأسلاك في تقليل الحديث المتبادل والضوضاء المقترنة بين الدوائر المجاورة في نفس الطبقة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تنص مواصفات 3W على أنه يجب عزل جميع الإشارات (الساعة ، والفيديو ، والصوت ، وإعادة الضبط ، وما إلى ذلك) من خط إلى آخر ، ومن الحافة إلى الحافة ، كما هو موضح في الشكل 10. من أجل زيادة تقليل الاقتران المغناطيسي ، تكون الأرضية المرجعية توضع بالقرب من الإشارة الرئيسية لعزل ضوضاء الاقتران الناتجة عن خطوط الإشارة الأخرى.

2. إعداد خط الحماية والتحويل يعتبر خط التحويل والحماية طريقة فعالة للغاية لعزل وحماية الإشارات الرئيسية ، مثل إشارات ساعة النظام في بيئة صاخبة. في الشكل 21 ، يتم وضع الدائرة الموازية أو دائرة الحماية في ثنائي الفينيل متعدد الكلور على طول دائرة الإشارة الرئيسية. لا تعزل دائرة الحماية التدفق المغناطيسي للاقتران الناتج عن خطوط الإشارة الأخرى فحسب ، بل تعزل أيضًا الإشارات الرئيسية عن الاقتران بخطوط الإشارة الأخرى. يتمثل الاختلاف بين خط التحويل وخط الحماية في أنه لا يلزم إنهاء خط التحويل (متصل بالأرض) ، ولكن يجب توصيل طرفي خط الحماية بالأرض. من أجل تقليل الاقتران بشكل أكبر ، يمكن إضافة دائرة الحماية في PCB متعدد الطبقات بمسار إلى الأرض كل جزء آخر.

3. يعتمد تصميم خط الطاقة على حجم تيار لوحة الدائرة المطبوعة ، ويكون عرض خط الطاقة سميكًا بقدر الإمكان لتقليل مقاومة الحلقة. في نفس الوقت ، اجعل اتجاه خط الطاقة والخط الأرضي متسقًا مع اتجاه نقل البيانات ، مما يساعد على تعزيز القدرة على مقاومة الضوضاء. في لوحة مفردة أو مزدوجة ، إذا كان خط الطاقة طويلًا جدًا ، فيجب إضافة مكثف فصل إلى الأرض كل 3000 مل ، وتكون قيمة المكثف 10 فائق التوهج + 1000 بيكو فاراد.

تصميم الأسلاك الأرضية

مبادئ تصميم الأسلاك الأرضية هي:

(1) يتم فصل الأرضية الرقمية عن الأرض التناظرية. إذا كانت هناك دوائر منطقية ودوائر خطية على لوحة الدائرة ، فيجب فصلها قدر الإمكان. يجب تأريض أرضية الدائرة ذات التردد المنخفض بالتوازي عند نقطة واحدة قدر الإمكان. عندما يكون التوصيل الفعلي صعبًا ، يمكن توصيله جزئيًا في سلسلة ثم تأريضه بالتوازي. يجب تأريض الدائرة عالية التردد عند نقاط متعددة متسلسلة ، ويجب أن يكون السلك الأرضي قصيرًا ومؤجرًا ، ويجب استخدام الرقائق الأرضية ذات المساحة الكبيرة الشبيهة بالشبكة حول المكون عالي التردد قدر الإمكان.

(2) يجب أن يكون سلك التأريض سميكًا قدر الإمكان. إذا كان السلك الأرضي يستخدم خطًا ضيقًا للغاية ، فإن جهد الأرض يتغير مع تغير التيار ، مما يقلل من أداء مقاومة الضوضاء. لذلك ، يجب أن يكون السلك الأرضي سميكًا بحيث يمكن أن يمر ثلاثة أضعاف التيار المسموح به على اللوحة المطبوعة. إذا أمكن ، يجب أن يكون سلك التأريض 2 ~ 3 مم أو أكثر.

(3) The ground wire forms a closed loop. For printed boards composed only of digital circuits, most of their grounding circuits are arranged in loops to improve noise resistance.

تصميم خط الإشارة

بالنسبة لخطوط الإشارة الرئيسية ، إذا كانت اللوحة تحتوي على طبقة أسلاك إشارة داخلية ، فيجب وضع خطوط الإشارة الرئيسية مثل الساعات على الطبقة الداخلية ، وتعطى الأولوية لطبقة الأسلاك المفضلة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب عدم توجيه خطوط الإشارة الرئيسية عبر منطقة التقسيم ، بما في ذلك فجوات المستوى المرجعي التي تسببها الفتحات والوسادات ، وإلا فسيؤدي ذلك إلى زيادة مساحة حلقة الإشارة. ويجب أن يكون خط الإشارة الرئيسي أكثر من 3H من حافة المستوى المرجعي (H هو ارتفاع الخط من المستوى المرجعي) لمنع تأثير إشعاع الحافة. بالنسبة لخطوط الساعة وخطوط الحافلات وخطوط التردد اللاسلكي وخطوط إشارة الإشعاع القوية الأخرى وإعادة تعيين خطوط الإشارة ، حدد خطوط إشارة التحديد وإشارات التحكم في النظام وخطوط الإشارة الحساسة الأخرى ، احتفظ بها بعيدًا عن الواجهة وخطوط الإشارة الصادرة. هذا يمنع التداخل على خط الإشارة المشعة القوية من الاقتران بخط الإشارة الخارج ويشع إلى الخارج ؛ ويتجنب أيضًا التداخل الخارجي الناتج عن خط الإشارة الخارجة للواجهة من الاقتران بخط الإشارة الحساس ، مما يتسبب في سوء تشغيل النظام. يجب أن تكون خطوط الإشارة التفاضلية على نفس الطبقة ، ومتساوية الطول ، وتعمل بالتوازي ، مع الحفاظ على اتساق الممانعة ، ويجب ألا يكون هناك أي أسلاك أخرى بين الخطوط التفاضلية. نظرًا لأن ممانعة الوضع المشترك لزوج الخط التفاضلي مضمونة لتكون متساوية ، يمكن تحسين قدرتها على مقاومة التداخل. وفقًا لقواعد الأسلاك المذكورة أعلاه ، يتم تحسين وتحسين دائرة لوحة الدوائر المطبوعة النموذجية لمكيف الهواء.