EMC-l põhinev trükkplaatide projekteerimistehnoloogia analüüs

Lisaks komponentide valikule ja vooluahela disainile hea trükkplaat (PCB) disain on samuti väga oluline elektromagnetilise ühilduvuse tegur. PCB EMC disaini võti on vähendada tagasivooluala nii palju kui võimalik ja lasta tagasivooluteel voolata disaini suunas. Kõige levinumad tagasivooluprobleemid tulenevad võrdlustasandi pragudest, võrdlustasandi kihi muutumisest ja pistikut läbivast signaalist. Hüppakondensaatorid või lahtisiduvad kondensaatorid võivad mõningaid probleeme lahendada, kuid arvesse tuleb võtta kondensaatorite, läbiviikude, padjandite ja juhtmestiku üldist takistust. See loeng tutvustab EMC trükkplaatide projekteerimise tehnoloogiat kolmest aspektist: PCB kihistamise strateegia, paigutusoskused ja juhtmestiku reeglid.

ipcb

PCB kihistamise strateegia

Paksus, protsess ja kihtide arv trükkplaadi disainis ei ole probleemi lahendamise võtmeks. Hea kihiline virnastamine tagab toitesiini möödaviigu ja lahtisidumise ning minimeerib toitekihi või maanduskihi üleminekupinget. Signaali ja toiteallika elektromagnetvälja varjestamise võti. Signaalijälgede vaatenurgast peaks hea kihistamise strateegia olema asetada kõik signaalijäljed ühele või mitmele kihile ja need kihid asuvad toitekihi või aluskihi kõrval. Toiteallika jaoks peaks hea kihistamise strateegia olema see, et toitekiht külgneb maapinna kihiga ning toitekihi ja maapinna kihi vaheline kaugus on võimalikult väike. Seda me nimetame “kihistamise” strateegiaks. Allpool räägime konkreetselt suurepärasest PCB kihistamise strateegiast. 1. Juhtmekihi projektsioonitasand peaks asuma selle tagasivoolutasandi kihi piirkonnas. Kui juhtmekiht ei asu tagasivoolutasandi kihi projektsioonialas, on juhtmestiku ühendamise ajal väljaspool projektsiooniala signaaliliinid, mis põhjustab “servakiirguse” probleemi ja suurendab ka signaali silmuse pindala. , mille tulemuseks on suurenenud diferentsiaalrežiimi kiirgus . 2. Püüdke vältida külgnevate juhtmekihtide paigaldamist. Kuna paralleelsed signaalijäljed külgnevatel juhtmekihtidel võivad põhjustada signaali ülekõla, kui kõrvuti asetsevaid juhtmekihte ei ole võimalik vältida, tuleks kahe juhtmekihi vahelist kihtide vahet suurendada ning kihtide vahekaugust juhtmestiku kihi ja selle signaaliahela vahel. vähendada. 3. Külgnevad tasapinnalised kihid peaksid vältima nende projektsioonitasandite kattumist. Sest kui väljaulatuvad osad kattuvad, põhjustab kihtide vaheline ühendusmahtuvus kihtidevahelise müra omavahelist sidumist.

Mitmekihiline plaadi disain

Kui taktsagedus ületab 5 MHz või signaali tõusuaeg on alla 5 ns, on signaaliahela ala hästi juhtimiseks tavaliselt vaja mitmekihilist plaati. Mitmekihiliste plaatide projekteerimisel tuleks tähelepanu pöörata järgmistele põhimõtetele: 1. Võtme juhtmestiku kiht (kiht, kus on taktiliin, siiniliin, liidese signaaliliin, raadiosagedusliin, lähtestussignaali liin, kiibi valimise signaaliliin ja erinevad juhtsignaalid liinid) peaksid asuma kogu alusplaadi kõrval, eelistatavalt kahe alusplaadi vahel, nagu on näidatud joonisel 1. Võtmesignaaliliinid on üldiselt tugev kiirgus või äärmiselt tundlikud signaaliliinid. Maapinna lähedal asuv juhtmestik võib vähendada signaaliahela pindala, vähendada kiirguse intensiivsust või parandada häiretevastast võimet.

Joonis 1 Võtme juhtmestiku kiht asub kahe maandustasandi vahel

2. Toitetasand tuleb külgneva alusplaadi suhtes tagasi tõmmata (soovitatav väärtus 5H~20H). Toitetasapinna tagasitõmbamine tagasipöörduva maapinna tasapinna suhtes võib “servakiirguse” probleemi tõhusalt maha suruda.

Lisaks peaks plaadi põhitöötasand (kõige laialdasemalt kasutatav toitetasand) olema selle maapinna lähedal, et tõhusalt vähendada toitevoolu ahela pindala, nagu on näidatud joonisel 3.

Joonis 3 Toitetasand peaks asuma oma alusplaadi lähedal

3. Kas plaadi ÜLEMISEL ja ALUMAL kihil pole signaaliliini ≥50MHz. Kui jah, siis on kõige parem kõndida kõrgsageduslik signaal kahe tasapinnalise kihi vahel, et summutada selle kiirgust ruumi.

Ühekihiline plaat ja kahekihiline plaadikujundus

Ühe- ja kahekihiliste plaatide projekteerimisel tuleks tähelepanu pöörata võtmesignaaliliinide ja elektriliinide projekteerimisele. Toitevooluahela pindala vähendamiseks peab toitejälje kõrval ja sellega paralleelselt olema maandusjuhe. “Juhtmaandusjoon” tuleks asetada ühekihilise plaadi võtmesignaaliliini mõlemale küljele, nagu on näidatud joonisel 4. Kahekihilise plaadi võtmesignaali joone projektsioonitasapinnal peaks olema suur maapind , või sama meetodiga nagu ühekihilisel plaadil, disaini “Juhtmaandusliin”, nagu on näidatud joonisel 5. “Kaitsme maandusjuhe” mõlemal pool võtmesignaali liini võib ühelt poolt vähendada signaaliahela pindala, ning takistab ka signaaliliini ja teiste signaaliliinide vahelist läbirääkimist.

Üldiselt saab PCB-plaadi kihistuse kujundada vastavalt järgmisele tabelile.

PCB küljendamise oskus

PCB paigutuse kujundamisel järgige täielikult projekteerimise põhimõtet, mille kohaselt asetatakse piki signaali voolu suunda sirgjooneliselt, ja püüdke vältida edasi-tagasi silmust, nagu on näidatud joonisel 6. See võib vältida signaali otsest sidumist ja mõjutada signaali kvaliteeti. Lisaks peaks vooluahelate ja elektroonikakomponentide vastastikuste häirete ja sidumise vältimiseks vooluahelate paigutus ja komponentide paigutus järgima järgmisi põhimõtteid:

1. Kui tahvlile on kavandatud “puhta maanduse” liides, tuleks filtreerimis- ja isolatsioonikomponendid asetada “puhta maanduse” ja tööpinna vahelisele isolatsiooniribale. See võib takistada filtreerimis- või isoleerimisseadmete ühendumist tasapinnalise kihi kaudu, mis nõrgendab efekti. Lisaks ei saa “puhtale maapinnale” peale filtreerimis- ja kaitseseadmete asetada muid seadmeid. 2. Kui samale PCB-le on paigutatud mitu moodulahelat, tuleks digitaalsed ja analoogahelad ning kiire ja väikese kiirusega ahelad paigutada eraldi, et vältida vastastikust häiret digitaalsete, analoogahelate, kiirete vooluahelate ja madala kiirusega ahelad. Lisaks, kui trükkplaadil on samaaegselt kõrge, keskmise ja väikese kiirusega ahelad, et vältida kõrgsagedusliku vooluahela müra kiirgamist läbi liidese väljapoole.

3. Trükkplaadi toite sisendpordi filtriahel tuleks asetada liidese lähedale, et vältida filtreeritud vooluahela uuesti ühendamist.

Joonis 8 Toite sisendpordi filtriahel tuleks asetada liidese lähedale

4. Liideseahela filtreerimis-, kaitse- ja isolatsioonikomponendid on paigutatud liidese lähedale, nagu on näidatud joonisel 9, mis võimaldab tõhusalt saavutada kaitse, filtreerimise ja isolatsiooni mõju. Kui liideses on nii filter kui ka kaitseahel, tuleks lähtuda esmalt kaitsmise ja seejärel filtreerimise põhimõttest. Kuna kaitseahelat kasutatakse välise liigpinge ja liigvoolu summutamiseks, kahjustab kaitseahel pärast filtriahelat filtriahelat ülepinge ja liigvoolu tõttu. Lisaks, kuna ahela sisend- ja väljundliinid nõrgendavad üksteisega ühendamisel filtreerimise, isolatsiooni või kaitseefekti, veenduge, et filtriahela (filtri), isolatsiooni- ja kaitseahela sisend- ja väljundliinid ei paaritage paigutuse ajal üksteisega.

5. Tundlikud vooluringid või seadmed (nagu lähtestusahelad jne) peaksid olema vähemalt 1000 miili kaugusel plaadi igast servast, eriti plaadi liidese servast.

6. Energiasalvesti ja kõrgsagedusfiltri kondensaatorid tuleks paigutada seadme vooluringide või suurte voolumuutustega seadmete (nt toitemooduli sisend- ja väljundklemmid, ventilaatorid ja releed) lähedusse, et vähendada vooluahela pindala. suur vooluahel.

7. Filtri komponendid tuleb asetada kõrvuti, et vältida filtreeritud vooluringi uuesti häirimist.

8. Hoidke tugeva kiirgusega seadmed, nagu kristallid, kristallostsillaatorid, releed ja lülitustoiteallikad, plaadi liidese pistikutest vähemalt 1000 miili kaugusel. Sel viisil saab häireid kiirata otse või ühendada voolu väljuva kaabliga, et kiirata väljapoole.

PCB juhtmestiku reeglid

Lisaks komponentide valikule ja vooluahela disainile on elektromagnetilise ühilduvuse seisukohalt väga oluline tegur ka hea trükkplaadi (PCB) juhtmestik. Kuna PCB on süsteemi olemuslik komponent, ei too PCB juhtmestiku elektromagnetilise ühilduvuse parandamine toote lõplikule valmimisele lisakulusid. Igaüks peaks meeles pidama, et halb PCB paigutus võib põhjustada rohkem elektromagnetilise ühilduvuse probleeme, mitte neid kõrvaldada. Paljudel juhtudel ei suuda isegi filtrite ja komponentide lisamine neid probleeme lahendada. Lõpuks tuli kogu plaat ümber ühendada. Seetõttu on see kõige kuluefektiivsem viis alguses hea PCB juhtmestiku väljatöötamiseks. Järgnevalt tutvustatakse mõningaid PCB juhtmestiku üldreegleid ning elektriliinide, maandusliinide ja signaaliliinide projekteerimisstrateegiaid. Lõpuks, vastavalt nendele reeglitele, pakutakse välja parendusmeetmed kliimaseadme tüüpilise trükkplaadi vooluringi jaoks. 1. Juhtmete eraldamine Juhtmete eraldamise funktsioon on minimeerida trükkplaadi samas kihis asuvate külgnevate vooluahelate vahelisi läbirääkimisi ja müra. 3W spetsifikatsioonis on kirjas, et kõik signaalid (kell, video, heli, lähtestamine jne) peavad olema isoleeritud liinist liinini, servast servani, nagu on näidatud joonisel 10. Magnetsidestuse edasiseks vähendamiseks on võrdlusmaandus asetatakse võtmesignaali lähedusse, et isoleerida teiste signaaliliinide tekitatud ühendusmüra.

2. Kaitse- ja šundijoone seadistamine Shunt ja kaitseliin on väga tõhus meetod võtmesignaalide, näiteks süsteemi kellasignaalide eraldamiseks ja kaitsmiseks mürarikkas keskkonnas. Joonisel 21 on trükkplaadi paralleel- või kaitseahel mööda võtmesignaali ahelat. Kaitseahel mitte ainult ei isoleeri teiste signaaliliinide tekitatud sidestusmagnetvoogu, vaid isoleerib ka võtmesignaalid sidumisest teiste signaaliliinidega. Šundiliini ja kaitseliini erinevus seisneb selles, et šundiliini ei pea olema lõpetatud (ühendatud maandusega), vaid kaitseliini mõlemad otsad peavad olema maandusega ühendatud. Ühenduse edasiseks vähendamiseks saab mitmekihilise PCB kaitseahelale lisada iga teise segmendi tee maandusse.

3. Elektriliini konstruktsioon põhineb trükkplaadi voolu suurusel ja toiteliini laius on võimalikult paks, et vähendada ahela takistust. Samal ajal muutke elektriliini ja maandusliini suund andmete edastamise suunaga vastavusse, mis aitab parandada müravastast võimekust. Ühes või kahes paneelis, kui elektriliin on väga pikk, tuleks iga 3000 mili järel maapinnale lisada lahtisidestuskondensaator ja kondensaatori väärtus on 10uF+1000pF.

Maandusjuhtme disain

Maandusjuhtmete projekteerimise põhimõtted on järgmised:

(1) Digitaalne maandus on analoogmaandust eraldatud. Kui trükkplaadil on nii loogika- kui ka lineaarahelad, tuleks need võimalikult palju eraldada. Madalsagedusahela maandus peaks olema võimalikult ühes punktis paralleelselt maandatud. Kui tegelik juhtmestik on keeruline, saab selle osaliselt jadamisi ühendada ja seejärel paralleelselt maandada. Kõrgsagedusahel peaks olema maandatud mitmes järjestikuses punktis, maandusjuhe peaks olema lühike ja liisitud ning võimalikult palju tuleks kõrgsageduskomponendi ümber kasutada võrgulaadset suure pindalaga maanduskilet.

(2) Maandusjuhe peaks olema võimalikult paks. Kui maandusjuhe kasutab väga tihedat joont, muutub maanduspotentsiaal voolu muutumisel, mis vähendab müravastast jõudlust. Seetõttu tuleks maandusjuhet paksendada nii, et see läbiks kolm korda lubatud voolu trükkplaadil. Võimaluse korral peaks maandusjuhe olema 2–3 mm või rohkem.

(3) Maandusjuhe moodustab suletud ahela. Ainult digitaalsetest vooluringidest koosnevate trükiplaatide puhul on enamik nende maandusahelaid paigutatud silmustesse, et parandada mürakindlust.

Signaaliliini disain

Võtmesignaaliliinide puhul, kui plaadil on sisemine signaalijuhtmete kiht, tuleks võtmesignaaliliinid, näiteks kellad, asetada sisemisele kihile ja eelistatud on eelistatud juhtmestiku kiht. Lisaks ei tohi võtmesignaali liine suunata üle partitsiooniala, sealhulgas tugitasandite vahesid, mis on põhjustatud läbipääsudest ja padjadest, vastasel juhul suurendab see signaaliahela pindala. Ja võtmesignaali joon peaks olema kaugemal kui 3H võrdlustasandi servast (H on joone kõrgus võrdlustasapinnast), et summutada servakiirgusefekti. Kellaliinide, siiniliinide, raadiosagedusliinide ja muude tugevate kiirgussignaaliliinide ja lähtestussignaaliliinide, kiibi valimise signaaliliinide, süsteemi juhtsignaalide ja muude tundlike signaaliliinide puhul hoidke need liidesest ja väljuvatest signaaliliinidest eemal. See hoiab ära tugeva kiirgava signaaliliini häirete ühendamise väljuva signaaliliiniga ja kiirgamise väljapoole; ning väldib ka väliseid häireid, mida liidese väljuv signaaliliini toob tundliku signaaliliiniga ühendamisel, põhjustades süsteemi väärkasutust. Diferentsiaalsignaali liinid peaksid asuma samal kihil, võrdse pikkusega ja jooksma paralleelselt, hoides impedantsi ühtlasena ning diferentsiaalliinide vahel ei tohiks olla muid juhtmeid. Kuna diferentsiaalliinipaari ühisrežiimi impedants on tagatud, et see on võrdne, saab selle häiretevastast võimet parandada. Ülaltoodud juhtmestiku reeglite kohaselt täiustatakse ja optimeeritakse kliimaseadme tüüpilist trükkplaadi vooluringi.