V designu PCB deskas rychlým nárůstem frekvence dojde k velkému rušení, které se liší od nízkofrekvenční desky plošných spojů. Navíc s rostoucí frekvencí a rozporem mezi miniaturizací a nízkými náklady na desku plošných spojů bude toto rušení stále komplikovanější.

Ve skutečném výzkumu můžeme dojít k závěru, že existují hlavně čtyři aspekty interference, včetně šumu napájecího zdroje, rušení přenosového vedení, spojky a elektromagnetického rušení (EMI). Analýzou různých problémů s rušením vysokofrekvenčních desek plošných spojů a kombinací s praxí v práci jsou navržena účinná řešení.

Za prvé, hluk napájení

Ve vysokofrekvenčním obvodu má šum napájecího zdroje zjevný vliv na vysokofrekvenční signál. Prvním požadavkem na napájení je proto nízká hlučnost. Čisté podlahy jsou stejně důležité jako čistá elektřina. Proč? Výkonové charakteristiky jsou znázorněny na obrázku 1. Napájecí zdroj má zjevně určitou impedanci a impedance je rozložena po celém napájecím zdroji, proto bude do napájecího zdroje přidán šum.

Potom bychom měli minimalizovat impedanci napájecího zdroje, takže je nejlepší mít vyhrazenou vrstvu napájecího zdroje a uzemňovací vrstvu. Při návrhu obvodů hf je mnohem lepší navrhnout napájecí zdroj jako vrstvu než jako sběrnici ve většině případů, takže smyčka může vždy sledovat cestu minimální impedance.

Napájecí deska musí navíc poskytovat signálovou smyčku pro všechny generované a přijímané signály na desce plošných spojů. Tím se minimalizuje signální smyčka a tím se snižuje šum, který je často konstruktéry nízkofrekvenčních obvodů přehlížen.

Při návrhu vysokofrekvenční desky plošných spojů dochází k interferenčním řešením

Obrázek 1: Výkonové charakteristiky

Při návrhu desky plošných spojů existuje několik způsobů, jak eliminovat energetický šum:

1. Všimněte si průchozího otvoru na desce: průchozí otvor vyžaduje naleptané otvory ve vrstvě napájecího zdroje, aby ponechal prostor pro průchozí otvor. Pokud je otvor vrstvy napájecího zdroje příliš velký, je nucen ovlivnit signálovou smyčku, signál je nucen obejít, oblast smyčky se zvětší a šum se zvyšuje. Současně, pokud je několik signálních vedení seskupeno poblíž otvoru a sdílí stejnou smyčku, společná impedance způsobí přeslechy. Viz obrázek 2.

Při návrhu vysokofrekvenční desky plošných spojů dochází k interferenčním řešením

Obrázek 2: Společná cesta obtokové signální smyčky

2. Spojovací vedení potřebuje dostatek uzemnění: každý signál musí mít vlastní proprietární signálovou smyčku a oblast smyčky signálu a smyčky je co nejmenší, to znamená, že signál a smyčka by měly být paralelní.

3. Oddělení analogového a digitálního napájení: vysokofrekvenční zařízení jsou obecně velmi citlivá na digitální šum, proto by tato dvě měla být oddělena, spojena dohromady na vstupu napájecího zdroje, pokud signál přes analogové a digitální části slova, lze umístit do signálu přes smyčku, aby se zmenšila oblast smyčky. Digitálně analogový rozsah použitý pro signálovou smyčku je znázorněn na obrázku 3.

Při návrhu vysokofrekvenční desky plošných spojů dochází k interferenčním řešením

Obrázek 3: Digitální – analogový rozsah pro signálovou smyčku

4. Vyhněte se překrývání oddělených napájecích zdrojů mezi vrstvami: v opačném případě může obvodový šum snadno procházet parazitní kapacitní vazbou.

5. Izolujte citlivé součásti: například PLL.

6. Umístěte napájecí kabel: Chcete -li snížit signální smyčku, umístěte napájecí kabel na okraj signálního vedení, abyste snížili šum, jak ukazuje obrázek 4.

Při návrhu vysokofrekvenční desky plošných spojů dochází k interferenčním řešením

Obrázek 4: Umístěte napájecí kabel vedle signálního vedení

Dva, přenosové vedení

Na desce plošných spojů jsou pouze dvě možná přenosová vedení:

Největším problémem pásky a mikrovlnné linky je odraz. Odraz způsobí mnoho problémů. Například signál zátěže bude superpozicí původního signálu a signálu ozvěny, což zvýší obtížnost analýzy signálu. Odraz způsobí ztrátu návratu (ztrátu návratu), která ovlivňuje signál stejně špatně jako aditivní rušení šumu:

1. Signál odražený zpět do zdroje signálu zvýší šum systému, což zkomplikuje přijímači rozlišení šumu od signálu;

2. Jakýkoli odražený signál v zásadě zhorší kvalitu signálu a změní tvar vstupního signálu. Obecně řečeno, řešením je hlavně přizpůsobení impedance (například impedance propojení by se měla velmi shodovat s impedancí systému), ale někdy je výpočet impedance problematičtější, můžete se obrátit na nějaký software pro výpočet impedance přenosové linky. Metody eliminace rušení přenosového vedení při návrhu DPS jsou následující:

(a) Vyvarujte se impedanční nespojitosti přenosových vedení. Bod nespojité impedance je bodem mutace přenosového vedení, jako je přímý roh, průchozí otvor atd., By se mělo pokud možno vyhnout. Metody: Aby se zabránilo přímým rohům čáry, pokud je to možné, jde o 45 ° úhel nebo oblouk, velký úhel může být také; Použijte co nejméně průchozích otvorů, protože každý průchozí otvor je impedanční diskontinuita, jak je znázorněno na OBR. 5; Signály z vnější vrstvy se vyhýbají průchodu vnitřní vrstvou a naopak.

Při návrhu vysokofrekvenční desky plošných spojů dochází k interferenčním řešením

Obrázek 5: Metoda pro odstranění rušení přenosového vedení

(b) Nepoužívejte sázky. Protože jakákoli hromádka je zdrojem hluku. Pokud je hromádka krátká, lze ji připojit na konec přenosové linky; Pokud je hromádka dlouhá, vezme hlavní přenosovou linku jako zdroj a vytvoří skvělý odraz, což problém zkomplikuje. Doporučuje se nepoužívat.

Za třetí, spojka

1. Společná impedanční vazba: jedná se o společný vazební kanál, to znamená, že zdroj rušení a rušené zařízení často sdílejí některé vodiče (například smyčkové napájení, sběrnice a společné uzemnění), jak ukazuje obrázek 6.

Při návrhu vysokofrekvenční desky plošných spojů dochází k interferenčním řešením

Obrázek 6: Společná impedanční vazba

V tomto kanálu způsobí pokles Ic napětí v běžném režimu v sériové proudové smyčce, což ovlivní přijímač.

2. Spojka pole ve společném režimu způsobí, že zdroj záření způsobí napětí ve společném režimu ve smyčce tvořené rušeným obvodem a na společném referenčním povrchu.

Pokud je magnetické pole dominantní, hodnota napětí společného režimu generovaného v sériovém uzemňovacím obvodu je Vcm =-(△ B/△ t)* oblast (kde △ B = změna intenzity magnetické indukce). Pokud se jedná o elektromagnetické pole, je -li známa jeho hodnota elektrického pole, jeho indukované napětí: Vcm = (L*H*F*E)/48, vzorec je vhodný pro L (m) = 150MHz, za touto hranicí lze výpočet maximálního indukovaného napětí zjednodušit jako: Vcm = 2*H*E.

3. Spojení pole v diferenciálním režimu: odkazuje na přímé vyzařování dvojicí vodičů nebo deskou s obvody na vodiči a přijatou indukci smyčky. Pokud se dostanete co nejblíže ke dvěma drátům. Tato spojka je výrazně redukována, takže dva vodiče lze zkroutit dohromady, aby se snížilo rušení.

4. Meziřádková vazba (přeslechy) může způsobit nežádoucí propojení mezi libovolným linkovým nebo paralelním obvodem, což značně poškodí výkon systému. Jeho typ lze rozdělit na kapacitní přeslechy a percepční přeslechy.

První je způsobeno tím, že parazitní kapacita mezi linkami vytváří šum na zdroji hluku spojeném s linkou přijímající hluk prostřednictvím proudu. Ten druhý lze považovat za spojení signálů mezi primárními stupni nežádoucího parazitního transformátoru. Velikost indukčního přeslechu závisí na blízkosti obou smyček, velikosti oblasti smyčky a impedanci ovlivněného zatížení.

5. Spojení napájecího kabelu: Napájecí kabely AC nebo DC jsou rušeny elektromagnetickým rušením

Přenos do jiných zařízení.

Existuje několik způsobů, jak eliminovat přeslechy v návrhu DPS:

1. Oba typy přeslechu se zvyšují se zvyšováním impedance zátěže, takže signální vedení citlivá na rušení způsobené přeslechy by měla být řádně ukončena.

2. Maximalizujte vzdálenost mezi signálními vedeními, abyste účinně omezili kapacitní přeslechy. Pozemní management, vzdálenost mezi vodiči (jako jsou aktivní signální vedení a zemnící vedení pro izolaci, zejména ve stavu skoku mezi signálním vedením a zemí na interval) a snížení indukčnosti vedení.

3. Kapacitní přeslechy lze také účinně omezit vložením zemnicího drátu mezi sousední signální vedení, která musí být připojena k formaci každou čtvrtinu vlnové délky.

4. Pro rozumný přeslech by měla být oblast smyčky minimalizována, a pokud je to povoleno, smyčka by měla být odstraněna.

5. Vyhněte se smyčkám pro sdílení signálu.

6. Věnujte pozornost integritě signálu: projektant by měl implementovat konce procesu svařování, aby vyřešil integritu signálu. Návrháři používající tento přístup se mohou zaměřit na délku mikropáskového stínění měděné fólie, aby získali dobrý výkon integrity signálu. U systémů s hustými konektory v komunikační struktuře může projektant použít jako terminál desku plošných spojů.

Čtyři, elektromagnetické rušení

Jak se rychlost zvyšuje, EMI je stále vážnější a projevuje se v mnoha aspektech (například elektromagnetické rušení v propojeních). Vysokorychlostní zařízení jsou na to obzvláště citlivá a budou přijímat vysokorychlostní rušivé signály, zatímco nízkorychlostní zařízení budou tyto rušivé signály ignorovat.

Existuje několik způsobů, jak eliminovat elektromagnetické rušení v návrhu DPS:

1. Redukujte smyčky: Každá smyčka je ekvivalentní anténě, proto musíme minimalizovat počet smyček, oblast smyček a anténní efekt smyček. Ujistěte se, že signál má pouze jednu dráhu smyčky v jakýchkoli dvou bodech, vyhýbejte se umělým smyčkám a používejte výkonovou vrstvu, kdykoli je to možné.

2. Filtrování: Filtrování lze použít ke snížení EMI jak na elektrickém vedení, tak na signálním vedení. Existují tři metody: odpojovací kondenzátor, EMI filtr a magnetický prvek. EMI filtr je znázorněn na obrázku 7.

Při návrhu vysokofrekvenční desky plošných spojů dochází k interferenčním řešením

Obrázek 7: Typy filtrů

3. Stínění. V důsledku délky vydání a mnoha diskusních štítů již konkrétní úvod.

4. Snižte rychlost vysokofrekvenčních zařízení.

5. Zvyšte dielektrickou konstantu desky plošných spojů, což může zabránit vyzařování vysokofrekvenčních částí, jako je přenosové vedení v blízkosti desky, směrem ven; Zvyšte tloušťku desky plošných spojů, minimalizujte tloušťku mikropáskového vedení, můžete zabránit přelévání elektromagnetického vedení, můžete také zabránit záření.

V tomto bodě můžeme dojít k závěru, že při návrhu hf PCB bychom měli dodržovat následující zásady:

1. Sjednocení a stabilita napájení a uzemnění.

2. Pečlivě promyšlené zapojení a správná zakončení mohou eliminovat odrazy.

3. Pečlivě promyšlené zapojení a správná zakončení mohou omezit kapacitní a indukční přeslechy.

4. Pro splnění požadavků EMC je vyžadováno potlačení hluku.