Komponenttivalikoiman ja piirisuunnittelun lisäksi hyvä piirilevy (PCB) suunnittelu on myös erittäin tärkeä tekijä sähkömagneettisessa yhteensopivuudessa. Avain piirilevyn EMC-suunnittelussa on vähentää reflow-aluetta mahdollisimman paljon ja antaa reflow-reitin virrata suunnittelun suuntaan. Yleisimmät paluuvirtaongelmat syntyvät vertailutason halkeamista, vertailutasokerroksen muuttamisesta ja liittimen läpi virtaavasta signaalista. Hyppykondensaattorit tai irrotuskondensaattorit voivat ratkaista joitakin ongelmia, mutta kondensaattoreiden, läpivientien, täplien ja johtojen yleinen impedanssi on otettava huomioon. Tämä luento esittelee EMC:n piirilevyjen suunnitteluteknologiaa kolmesta näkökulmasta: piirilevyjen kerrosstrategia, asettelutaidot ja johdotussäännöt.

PCB-kerrosstrategia

Paksuus, läpimenoprosessi ja kerrosten lukumäärä piirilevyn suunnittelussa eivät ole avainasemassa ongelman ratkaisemisessa. Hyvä kerrostettu pinoaminen varmistaa tehoväylän ohituksen ja irrotuksen ja minimoi tehokerroksen tai maakerroksen transienttijännitteen. Avain signaalin ja virtalähteen sähkömagneettisen kentän suojaamiseen. Signaalijälkien näkökulmasta hyvä kerrostusstrategia tulisi olla sijoittaa kaikki signaalijäljet ​​yhteen tai useampaan kerrokseen, ja nämä kerrokset ovat tehokerroksen tai maakerroksen vieressä. Tehonsyötön kannalta hyvä kerrostusstrategia tulisi olla, että tehokerros on maakerroksen vieressä ja tehokerroksen ja maakerroksen välinen etäisyys on mahdollisimman pieni. Tätä kutsumme “kerrostusstrategiaksi”. Alla puhumme erityisesti erinomaisesta PCB-kerrosstrategiasta. 1. Johdotuskerroksen projektiotason tulee olla sen reflow-tason kerroksen alueella. Jos johdotuskerros ei ole reflow-tason kerroksen projektioalueella, projektioalueen ulkopuolella on signaalilinjoja johdotuksen aikana, mikä aiheuttaa “reunasäteilyn” ongelman ja aiheuttaa myös signaalisilmukan alueen kasvamisen. , mikä lisää differentiaalimuotoista säteilyä . 2. Yritä välttää vierekkäisten johdotuskerrosten asentamista. Koska rinnakkaiset signaalijäljet ​​vierekkäisissä johdotuskerroksissa voivat aiheuttaa signaalin ylikuulumista, jos vierekkäisiä johdotuskerroksia on mahdotonta välttää, kahden johdotuskerroksen välistä kerrosväliä tulee suurentaa asianmukaisesti ja kerrosväliä johdotuskerroksen ja sen signaalipiirin välillä. vähennetään. 3. Vierekkäisten tasokerrosten tulee välttää projektiotasojen päällekkäisyyttä. Koska projektioiden ollessa päällekkäin, kerrosten välinen kytkentäkapasitanssi saa kerrosten välisen kohinan kytkeytymään toisiinsa.

Monikerroksinen levysuunnittelu

Kun kellotaajuus ylittää 5MHz tai signaalin nousuaika on alle 5ns, signaalisilmukan alueen hallitsemiseksi hyvin, tarvitaan yleensä monikerroksinen kortti. Seuraaviin periaatteisiin tulee kiinnittää huomiota monikerroslevyjä suunniteltaessa: 1. Avainjohdotuskerros (kerros, jossa kellolinja, väylälinja, rajapinnan signaalilinja, radiotaajuuslinja, nollaussignaalilinja, sirunvalintasignaalilinja ja erilaiset ohjaussignaalit linjat sijaitsevat) tulee olla koko maatason vieressä, mieluiten kahden maatason välissä, kuten kuvassa 1. Tärkeimmät signaalilinjat ovat yleensä voimakasta säteilyä tai erittäin herkkiä signaalilinjoja. Johdotus lähellä maatasoa voi pienentää signaalisilmukan pinta-alaa, vähentää säteilyn voimakkuutta tai parantaa häiriönestokykyä.

Kuva 1 Avainjohdotuskerros on kahden maatason välissä

2. Tehotason tulee vetää sisään viereiseen maatasoon nähden (suositeltu arvo 5H～20H). Tehotason vetäytyminen takaisin paluumaatasoon nähden voi tehokkaasti tukahduttaa “reunasäteilyn” ongelman.

Lisäksi levyn päätyötehotason (yleisimmin käytetty tehotaso) tulee olla lähellä sen maatasoa teholähteen virran silmukkapinta-alan pienentämiseksi tehokkaasti, kuten kuvassa 3 näkyy.

Kuva 3 Tehotason tulee olla lähellä maatasoaan

3. Onko ≥50MHz signaalilinjaa kortin YLILLÄ ja ALALLA. Jos näin on, on parasta kulkea korkeataajuista signaalia kahden tasokerroksen välillä sen säteilyn avaruuteen vaimentamiseksi.

Yksikerroksinen ja kaksikerroksinen levysuunnittelu

Yksi- ja kaksikerroksisten levyjen suunnittelussa tulee kiinnittää huomiota avainsignaalilinjojen ja voimalinjojen suunnitteluun. Tehojäljen vieressä ja sen rinnalla on oltava maadoitusjohto tehovirtasilmukan alueen pienentämiseksi. “Ohjausmaaviiva” tulee asettaa yksikerroksisen levyn avainsignaalilinjan molemmille puolille, kuten kuvassa 4. Kaksikerroksisen levyn avainsignaalilinjan projektiotasolla tulee olla suuri maa-ala , tai samalla menetelmällä kuin yksikerroksinen kortti, suunnittelu “Guide Ground Line”, kuten kuvassa 5. “Suojan maadoitusjohto” avainsignaalilinjan molemmilla puolilla voi toisaalta pienentää signaalisilmukan pinta-alaa, ja myös estää ylikuulumisen signaalilinjan ja muiden signaalilinjojen välillä.

Yleensä piirilevyn kerros voidaan suunnitella seuraavan taulukon mukaan.

PCB-asettelutaidot

Kun suunnittelet piirilevyn sijoittelua, noudata täysin suunnitteluperiaatetta sijoittaa suora viiva pitkin signaalin virtaussuuntaa ja yritä välttää silmukoita edestakaisin, kuten kuvassa 6. Tämä voi välttää suoran signaalin kytkennän ja vaikuttaa signaalin laatuun. Lisäksi piirien ja elektronisten komponenttien välisten keskinäisten häiriöiden ja kytkentöjen estämiseksi piirien sijoittelussa ja komponenttien sijoittelussa tulee noudattaa seuraavia periaatteita:

1. Jos piirilevylle on suunniteltu “puhdas maa” -liitäntä, suodatus- ja eristyskomponentit tulee sijoittaa “puhtaan maan” ja työmaan väliselle eristyskaistalle. Tämä voi estää suodatus- tai eristyslaitteita kytkeytymästä toisiinsa tasokerroksen läpi, mikä heikentää vaikutusta. Lisäksi “puhtaalle maalle” ei saa sijoittaa muita laitteita suodatus- ja suojalaitteita lukuun ottamatta. 2. Kun samalle piirilevylle sijoitetaan useita moduulipiirejä, digitaaliset piirit ja analogiset piirit sekä nopeat ja hitaat piirit on asetettava erikseen, jotta vältetään keskinäiset häiriöt digitaalisten piirien, analogisten piirien, suurnopeuksien piirien ja hitaita piirejä. Lisäksi kun piirilevyllä on samanaikaisesti suuria, keskinopeita ja hidaspiirejä, jotta suurtaajuista piirikohinaa ei säteile rajapinnan kautta ulospäin.

3. Piirilevyn tehontuloportin suodatinpiiri tulee sijoittaa lähelle liitäntää, jotta suodatettu piiri ei kytkeydy uudelleen.

Kuva 8 Tehotuloportin suodatinpiiri tulee sijoittaa lähelle liitäntää

4. Liitäntäpiirin suodatus-, suojaus- ja eristyskomponentit on sijoitettu lähelle liitäntää, kuten kuvassa 9 on esitetty, jolloin voidaan tehokkaasti saavuttaa suojauksen, suodatuksen ja eristyksen vaikutukset. Jos liitännässä on sekä suodatin että suojapiiri, tulee noudattaa ensin suojauksen ja sitten suodatuksen periaatetta. Koska suojapiiriä käytetään ulkoisen ylijännitteen ja ylivirran vaimentamiseen, jos suojapiiri sijoitetaan suodatinpiirin jälkeen, suodatinpiiri vaurioituu ylijännitteen ja ylivirran vuoksi. Lisäksi, koska piirin tulo- ja lähtölinjat heikentävät suodatus-, eristys- tai suojavaikutusta, kun ne kytketään toisiinsa, varmista, että suodatinpiirin (suodatin), eristys- ja suojapiirin tulo- ja lähtölinjat eivät pari toisiinsa asettelun aikana.

5. Herkkien piirien tai laitteiden (kuten nollauspiirit jne.) tulee olla vähintään 1000 mailin etäisyydellä levyn jokaisesta reunasta, erityisesti kortin liitännän reunasta.

6. Energian varastointi- ja suurtaajuiset suodatinkondensaattorit tulisi sijoittaa lähelle yksikköpiirejä tai laitteita, joissa on suuria virranmuutoksia (kuten tehomoduulin tulo- ja lähtöliittimet, tuulettimet ja releet), jotta järjestelmän silmukkapinta-ala pienenee. suuri virtasilmukka.

7. Suodatinkomponentit on sijoitettava vierekkäin, jotta suodatettua piiriä ei enää häiritä.

8. Pidä voimakkaat säteilylaitteet, kuten kiteet, kideoskillaattorit, releet ja hakkuriteholähteet vähintään 1000 mailin päässä kortin liitäntäliittimistä. Tällä tavalla häiriö voidaan säteillä suoraan tai virta voidaan kytkeä lähtevään kaapeliin säteilemään ulospäin.

PCB-johdotussäännöt

Komponenttien valinnan ja piirisuunnittelun lisäksi hyvä piirilevyjohdotus (PCB) on myös erittäin tärkeä tekijä sähkömagneettisessa yhteensopivuudessa. Koska piirilevy on järjestelmän olennainen osa, sähkömagneettisen yhteensopivuuden parantaminen piirilevyjohdoissa ei aiheuta lisäkustannuksia tuotteen lopulliselle valmistumiselle. Jokaisen tulee muistaa, että huono piirilevyasettelu voi aiheuttaa enemmän sähkömagneettisia yhteensopivuusongelmia sen sijaan, että se poistaisi niitä. Monissa tapauksissa edes suodattimien ja komponenttien lisääminen ei ratkaise näitä ongelmia. Lopulta koko lauta jouduttiin kytkemään uudelleen. Siksi se on kustannustehokkain tapa kehittää hyvät PCB-johdotustavat alussa. Seuraavassa esitellään joitakin PCB-johdotuksen yleisiä sääntöjä sekä voimalinjojen, maajohtojen ja signaalilinjojen suunnittelustrategioita. Lopuksi näiden sääntöjen mukaisesti ehdotetaan parannustoimenpiteitä ilmastointilaitteen tyypilliselle piirilevylle. 1. Johtojen erottaminen Johtojen erottamisen tehtävänä on minimoida ylikuuluminen ja kohinan kytkentä vierekkäisten piirien välillä samassa piirilevykerroksessa. 3W-spesifikaatiossa todetaan, että kaikki signaalit (kello, video, ääni, nollaus jne.) on eristettävä linjasta linjaan, reunasta reunaan kuvan 10 mukaisesti. Magneettikytkennän vähentämiseksi edelleen vertailumaa on sijoitettu lähelle avainsignaalia eristämään muiden signaalilinjojen kytkentäkohina.

2. Suojaus- ja shunttilinjan asetus Shuntti- ja suojalinja on erittäin tehokas tapa eristää ja suojata avainsignaaleja, kuten järjestelmän kellosignaaleja meluisassa ympäristössä. Kuvassa 21 rinnakkais- tai suojapiiri piirilevyssä on sijoitettu avainsignaalin piiriä pitkin. Suojapiiri ei vain eristä muiden signaalilinjojen muodostamaa kytkentämagneettista vuota, vaan myös eristää avainsignaalit kytkennästä muihin signaalilinjoihin. Shunttijohdon ja suojajohdon ero on siinä, että shunttijohdon ei tarvitse olla päätettävissä (kytkettävä maahan), vaan suojajohdon molemmat päät on kytkettävä maahan. Kytkennän vähentämiseksi edelleen monikerroksisen piirilevyn suojapiiriin voidaan lisätä polku maahan joka toinen segmentti.

3. Voimalinjan suunnittelu perustuu piirilevyn virran kokoon, ja voimalinjan leveys on mahdollisimman paksu silmukan vastuksen vähentämiseksi. Samanaikaisesti tee sähkölinjan ja maalinjan suunnasta yhdenmukainen tiedonsiirron suunnan kanssa, mikä auttaa parantamaan melunestokykyä. Yksi- tai kaksoispaneelissa, jos voimajohto on erittäin pitkä, irrotuskondensaattori tulee lisätä maahan 3000 milin välein ja kondensaattorin arvo on 10uF+1000pF.

Maadoitusjohdon suunnittelu

Maadoitusjohdon suunnittelun periaatteet ovat:

(1) Digitaalinen maa on erotettu analogisesta maadosta. Jos piirilevyllä on sekä logiikkapiirejä että lineaarisia piirejä, ne tulee erottaa mahdollisimman paljon toisistaan. Matalataajuisen piirin maadoitus tulee maadoittaa rinnakkain yhdestä pisteestä niin paljon kuin mahdollista. Kun varsinainen johdotus on vaikeaa, se voidaan kytkeä osittain sarjaan ja sitten maadoittaa rinnan. Korkeataajuinen piiri tulee maadoittaa useista kohdista sarjaan, maadoitusjohdon tulee olla lyhyt ja vuokrattu, ja verkkomaista laaja-alaista maadoituskalvoa tulee käyttää korkeataajuisen komponentin ympärillä mahdollisimman paljon.

(2) Maadoitusjohdon tulee olla mahdollisimman paksu. Jos maadoitusjohto käyttää erittäin tiukkaa linjaa, maapotentiaali muuttuu virran muuttuessa, mikä heikentää kohinanvaimennuskykyä. Siksi maadoitusjohtoa tulee paksuntaa niin, että se kulkee kolme kertaa painetun levyn sallitun virran verran. Jos mahdollista, maadoitusjohdon tulee olla 2–3 mm tai enemmän.

(3) Maadoitusjohto muodostaa suljetun silmukan. Ainoastaan ​​digitaalisista piireistä koostuvien piirilevyjen maadoituspiireistä suurin osa on järjestetty silmukoiksi melunkestävyyden parantamiseksi.

Signaalilinjan suunnittelu

Avainsignaalilinjojen kohdalla, jos kortilla on sisäinen signaalijohdotuskerros, avainsignaalilinjat, kuten kellot, tulee asettaa sisäkerrokselle, ja etusija annetaan ensisijaiselle johdotuskerrokselle. Lisäksi avainsignaalilinjoja ei saa reitittää osioalueen poikki, mukaan lukien läpivientien ja täplien aiheuttamat referenssitasovälit, muuten se johtaa signaalisilmukan alueen kasvuun. Ja avainsignaalilinjan tulee olla yli 3 H:n päässä vertailutason reunasta (H on viivan korkeus vertailutasosta) reunasäteilyvaikutuksen vaimentamiseksi. Kellolinjoja, väylälinjoja, radiotaajuuslinjoja ja muita voimakkaita säteilysignaalilinjoja ja nollaussignaalilinjoja varten, siruvalintasignaalilinjat, järjestelmän ohjaussignaalit ja muut herkät signaalilinjat, pidä ne poissa liitännästä ja lähtevistä signaalilinjoista. Tämä estää voimakkaan säteilevän signaalilinjan häiriötä kytkeytymästä lähtevään signaalilinjaan ja säteilemästä ulospäin; ja myös välttää liitännän lähtevän signaalilinjan tuomat ulkoiset häiriöt kytkennästä herkälle signaalilinjalle aiheuttaen järjestelmän toimintahäiriöitä. Differentiaalisignaalilinjojen tulee olla samalla kerroksella, yhtä pitkiä ja kulkea rinnakkain pitäen impedanssin tasaisena, eikä differentiaalilinjojen välillä saa olla muita johdotuksia. Koska differentiaalilinjaparin yhteismuotoisen impedanssin varmistetaan olevan yhtä suuri, sen häiriönestokykyä voidaan parantaa. Yllä olevien kytkentäsääntöjen mukaisesti ilmastointilaitteen tyypillistä piirilevyä parannetaan ja optimoidaan.