En el diseño de Placa PCB, con el rápido aumento de frecuencia, habrá mucha interferencia que es diferente a la de la placa PCB de baja frecuencia. Además, con el aumento de la frecuencia y la contradicción entre la miniaturización y el bajo costo de la placa PCB, estas interferencias se volverán cada vez más complicadas.

En la investigación real, podemos concluir que hay principalmente cuatro aspectos de interferencia, incluido el ruido de la fuente de alimentación, la interferencia de la línea de transmisión, el acoplamiento y la interferencia electromagnética (EMI). Mediante el análisis de varios problemas de interferencia de PCB de alta frecuencia y la combinación con la práctica en el trabajo, se proponen soluciones efectivas.

Primero, el ruido de la fuente de alimentación

En el circuito de alta frecuencia, el ruido de la fuente de alimentación tiene una influencia obvia en la señal de alta frecuencia. Por lo tanto, el primer requisito de la fuente de alimentación es un bajo nivel de ruido. Los pisos limpios son tan importantes como la electricidad limpia. ¿Por qué? Las características de potencia se muestran en la Figura 1. Obviamente, la fuente de alimentación tiene una cierta impedancia, y la impedancia se distribuye por toda la fuente de alimentación, por lo tanto, el ruido se agregará a la fuente de alimentación.

Luego, debemos minimizar la impedancia de la fuente de alimentación, por lo que es mejor tener una capa de fuente de alimentación dedicada y una capa de conexión a tierra. En el diseño de circuitos de alta frecuencia, es mucho mejor diseñar la fuente de alimentación como una capa que como un bus en la mayoría de los casos, de modo que el bucle siempre pueda seguir la ruta de impedancia mínima.

Además, la placa de alimentación debe proporcionar un bucle de señal para todas las señales generadas y recibidas en la PCB. Esto minimiza el bucle de señal y, por lo tanto, reduce el ruido, que a menudo los diseñadores de circuitos de baja frecuencia pasan por alto.

El diseño de PCB de alta frecuencia produce soluciones de interferencia

Figura 1: Características de potencia

Hay varias formas de eliminar el ruido de potencia en el diseño de PCB:

1. Observe el orificio pasante en la placa: el orificio pasante requiere aberturas grabadas en la capa de la fuente de alimentación para dejar espacio para que pase el orificio pasante. Si la apertura de la capa de la fuente de alimentación es demasiado grande, es probable que afecte al bucle de la señal, la señal se ve obligada a pasar por alto, el área del bucle aumenta y el ruido aumenta. Al mismo tiempo, si varias líneas de señal se agrupan cerca de la abertura y comparten el mismo bucle, la impedancia común provocará diafonía. Ver la figura 2.

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Figura 2: Ruta común del bucle de señal de derivación

2. La línea de conexión necesita suficiente tierra: cada señal debe tener su propio bucle de señal propietario, y el área del bucle de la señal y el bucle es lo más pequeña posible, es decir, la señal y el bucle deben ser paralelos.

3.Fuente de alimentación analógica y digital para separar: los dispositivos de alta frecuencia son generalmente muy sensibles al ruido digital, por lo que los dos deben estar separados, conectados juntos en la entrada de la fuente de alimentación, si la señal a través de las partes analógicas y digitales de la palabras, se pueden colocar en la señal a través de un bucle para reducir el área del bucle. El tramo digital-analógico utilizado para el bucle de señal se muestra en la Figura 3.

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Figura 3: Digital – tramo analógico para bucle de señal

4. Evite la superposición de fuentes de alimentación separadas entre capas: de lo contrario, el ruido del circuito puede pasar fácilmente a través del acoplamiento capacitivo parásito.

5. Aislar componentes sensibles: como PLL.

6. Coloque el cable de alimentación: para reducir el bucle de señal, coloque el cable de alimentación en el borde de la línea de señal para reducir el ruido, como se muestra en la Figura 4.

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Figura 4: Coloque el cable de alimentación al lado de la línea de señal

Dos, línea de transmisión

Solo hay dos posibles líneas de transmisión en una PCB:

El mayor problema de la línea de cinta y la línea de microondas es el reflejo. La reflexión causará muchos problemas. Por ejemplo, la señal de carga será la superposición de la señal original y la señal de eco, lo que aumentará la dificultad del análisis de la señal. La reflexión causa pérdida de retorno (pérdida de retorno), que afecta la señal tan mal como la interferencia de ruido aditivo:

1. La señal reflejada de regreso a la fuente de señal aumentará el ruido del sistema, haciendo más difícil para el receptor distinguir el ruido de la señal;

2. Cualquier señal reflejada básicamente degradará la calidad de la señal y cambiará la forma de la señal de entrada. En términos generales, la solución es principalmente la adaptación de impedancia (por ejemplo, la impedancia de la interconexión debe coincidir con la impedancia del sistema), pero a veces el cálculo de la impedancia es más problemático, puede consultar algún software de cálculo de impedancia de línea de transmisión. Los métodos para eliminar la interferencia de la línea de transmisión en el diseño de PCB son los siguientes:

(a) Evite la discontinuidad de impedancia de las líneas de transmisión. El punto de impedancia discontinua es el punto de la mutación de la línea de transmisión, como una esquina recta, un orificio pasante, etc., que debe evitarse en la medida de lo posible. Métodos: Para evitar esquinas rectas de la línea, en la medida de lo posible, ir en ángulo o arco de 45 °, también puede ser un ángulo grande; Utilice la menor cantidad posible de orificios pasantes, porque cada orificio pasante es una discontinuidad de impedancia, como se muestra en la FIG. 5; Las señales de la capa exterior evitan pasar a través de la capa interior y viceversa.

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Figura 5: Método para eliminar la interferencia de la línea de transmisión

(b) No utilice líneas de estaca. Porque cualquier línea de pilotes es una fuente de ruido. Si la línea de pilotes es corta, se puede conectar al final de la línea de transmisión; Si la línea de pilotes es larga, tomará la línea de transmisión principal como fuente y producirá una gran reflexión, lo que complicará el problema. Se recomienda no usarlo.

En tercer lugar, el acoplamiento

1. Acoplamiento de impedancia común: es un canal de acoplamiento común, es decir, la fuente de interferencia y el dispositivo interferido a menudo comparten algunos conductores (como fuente de alimentación de bucle, bus y conexión a tierra común), como se muestra en la Figura 6.

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Figura 6: Acoplamiento de impedancia común

En este canal, la caída del Ic provoca un voltaje de modo común en el bucle de corriente en serie, que afecta al receptor.

2. El acoplamiento de campo en modo común hará que la fuente de radiación genere voltajes en modo común en el bucle formado por el circuito interferido y en la superficie de referencia común.

Si el campo magnético es dominante, el valor del voltaje de modo común generado en el circuito de tierra en serie es Vcm = – (△ B / △ t) * área (donde △ B = cambio en la intensidad de inducción magnética). Si es un campo electromagnético, cuando se conoce su valor de campo eléctrico, su voltaje inducido: Vcm = (L * H * F * E) / 48, la fórmula es adecuada para L (m) = 150MHz, más allá de este límite, el cálculo del voltaje inducido máximo se puede simplificar como: Vcm = 2 * H * E.

3. Acoplamiento de campo de modo diferencial: se refiere a la radiación directa por par de cables o placa de circuito en el cable y su inducción de bucle recibida. Si te acercas lo más posible a los dos cables. Este acoplamiento se reduce en gran medida, por lo que los dos cables se pueden trenzar juntos para reducir la interferencia.

4. El acoplamiento entre líneas (diafonía) puede causar un acoplamiento no deseado entre cualquier línea o circuito paralelo, lo que dañará en gran medida el rendimiento del sistema. Su tipo se puede dividir en diafonía capacitiva y diafonía perceptual.

Lo primero se debe a que la capacitancia parásita entre las líneas genera ruido en la fuente de ruido acoplada a la línea de recepción de ruido a través de la inyección de corriente. Este último puede considerarse como el acoplamiento de señales entre las etapas primarias de un transformador parásito no deseado. El tamaño de la diafonía inductiva depende de la proximidad de los dos bucles, el tamaño del área del bucle y la impedancia de la carga afectada.

5. Acoplamiento del cable de alimentación: los cables de alimentación de CA o CC se ven afectados por interferencias electromagnéticas

Transfiera a otros dispositivos.

Hay varias formas de eliminar la diafonía en el diseño de PCB:

1. Ambos tipos de diafonía aumentan con el aumento de la impedancia de carga, por lo que las líneas de señal sensibles a la interferencia causada por la diafonía deben terminar correctamente.

2. Maximice la distancia entre las líneas de señal para reducir eficazmente la diafonía capacitiva. Gestión de tierra, espaciado entre cableado (como líneas de señal activa y líneas de tierra para aislamiento, especialmente en el estado de salto entre la línea de señal y tierra al intervalo) y reducir la inductancia del cable.

3. La diafonía capacitiva también se puede reducir de manera efectiva insertando un cable de tierra entre las líneas de señal adyacentes, que deben conectarse a la formación cada cuarto de longitud de onda.

4. Para una diafonía sensible, el área del bucle debe minimizarse y, si se permite, el bucle debe eliminarse.

5. Evite los bucles de intercambio de señales.

6. Preste atención a la integridad de la señal: el diseñador debe implementar extremos en el proceso de soldadura para resolver la integridad de la señal. Los diseñadores que utilizan este enfoque pueden centrarse en la longitud de la microbanda de la lámina de cobre de protección para obtener un buen rendimiento de la integridad de la señal. Para sistemas con conectores densos en la estructura de comunicación, el diseñador puede usar una PCB como terminal.

Cuatro, interferencia electromagnética

A medida que aumenta la velocidad, la EMI se vuelve cada vez más grave y se presenta en muchos aspectos (como la interferencia electromagnética en las interconexiones). Los dispositivos de alta velocidad son particularmente sensibles a esto y recibirán señales espurias de alta velocidad, mientras que los dispositivos de baja velocidad ignorarán tales señales espurias.

Hay varias formas de eliminar la interferencia electromagnética en el diseño de PCB:

1. Reducir bucles: cada bucle equivale a una antena, por lo que debemos minimizar el número de bucles, el área de bucles y el efecto de antena de los bucles. Asegúrese de que la señal tenga solo una ruta de bucle en dos puntos, evite los bucles artificiales y utilice la capa de potencia siempre que sea posible.

2. Filtrado: El filtrado se puede utilizar para reducir la EMI tanto en la línea de alimentación como en la línea de señal. Hay tres métodos: condensador de desacoplamiento, filtro EMI y elemento magnético. El filtro EMI se muestra en la Figura 7.

El diseño de PCB de alta frecuencia produce soluciones de interferencia

Figura 7: Tipos de filtro

3. El blindaje. Como resultado de la extensión del número más una gran cantidad de artículos que protegen la discusión, ya no es una introducción específica.

4. Reducir la velocidad de los dispositivos de alta frecuencia.

5. Aumente la constante dieléctrica de la placa PCB, lo que puede evitar que las partes de alta frecuencia, como la línea de transmisión cerca de la placa, se irradien hacia afuera; Aumente el grosor de la placa PCB, minimice el grosor de la línea de microcinta, puede evitar el desbordamiento de la línea electromagnética y también puede evitar la radiación.

En este punto, podemos concluir que en el diseño de PCB de alta frecuencia, debemos seguir los siguientes principios:

1. Unificación y estabilidad de la fuente de alimentación y tierra.

2. El cableado cuidadosamente considerado y las terminaciones adecuadas pueden eliminar los reflejos.

3. El cableado cuidadosamente considerado y las terminaciones adecuadas pueden reducir la diafonía capacitiva e inductiva.

4. Se requiere supresión de ruido para cumplir con los requisitos de EMC.