En plus de la sélection des composants et de la conception des circuits, une bonne circuit imprimé La conception (PCB) est également un facteur très important dans la compatibilité électromagnétique. La clé de la conception CEM des PCB est de réduire autant que possible la zone de refusion et de laisser le chemin de refusion s’écouler dans le sens de la conception. Les problèmes de courant de retour les plus courants proviennent de fissures dans le plan de référence, de la modification de la couche du plan de référence et du signal traversant le connecteur. Les condensateurs cavaliers ou les condensateurs de découplage peuvent résoudre certains problèmes, mais l’impédance globale des condensateurs, des vias, des plots et du câblage doit être prise en compte. Cette conférence présentera la technologie de conception de circuits imprimés d’EMC sous trois aspects : la stratégie de superposition des circuits imprimés, les compétences de mise en page et les règles de câblage.

Stratégie de stratification des PCB

L’épaisseur, via le processus et le nombre de couches dans la conception du circuit imprimé ne sont pas la clé pour résoudre le problème. Un bon empilement en couches consiste à assurer la dérivation et le découplage du bus d’alimentation et à minimiser la tension transitoire sur la couche d’alimentation ou la couche de masse. La clé pour protéger le champ électromagnétique du signal et de l’alimentation. Du point de vue des traces de signal, une bonne stratégie de superposition devrait consister à placer toutes les traces de signal sur une ou plusieurs couches, et ces couches sont à côté de la couche d’alimentation ou de la couche de masse. Pour l’alimentation électrique, une bonne stratégie de superposition devrait être que la couche d’alimentation soit adjacente à la couche de terre et que la distance entre la couche d’alimentation et la couche de terre soit aussi petite que possible. C’est ce que nous appelons la stratégie de « stratification ». Ci-dessous, nous parlerons spécifiquement de l’excellente stratégie de stratification des PCB. 1. Le plan de projection de la couche de câblage doit se trouver dans sa zone de couche de plan de refusion. Si la couche de câblage n’est pas dans la zone de projection de la couche de plan de refusion, il y aura des lignes de signal à l’extérieur de la zone de projection pendant le câblage, ce qui entraînera le problème de «rayonnement de bord» et entraînera également l’augmentation de la zone de boucle de signal , entraînant une augmentation du rayonnement en mode différentiel . 2. Essayez d’éviter de configurer des couches de câblage adjacentes. Étant donné que les traces de signal parallèles sur les couches de câblage adjacentes peuvent provoquer une diaphonie du signal, s’il est impossible d’éviter les couches de câblage adjacentes, l’espacement des couches entre les deux couches de câblage doit être augmenté de manière appropriée, et l’espacement des couches entre la couche de câblage et son circuit de signal doit être reduire. 3. Les couches planes adjacentes doivent éviter le chevauchement de leurs plans de projection. Parce que lorsque les projections se chevauchent, la capacité de couplage entre les couches provoquera le couplage du bruit entre les couches.

Conception de panneaux multicouches

Lorsque la fréquence d’horloge dépasse 5 MHz ou que le temps de montée du signal est inférieur à 5 ns, afin de bien contrôler la zone de boucle de signal, une conception de carte multicouche est généralement requise. Les principes suivants doivent être pris en compte lors de la conception de cartes multicouches : 1. La couche de câblage de clé (la couche où la ligne d’horloge, la ligne de bus, la ligne de signal d’interface, la ligne de radiofréquence, la ligne de signal de réinitialisation, la ligne de signal de sélection de puce et divers signaux de contrôle sont situées) doivent être adjacentes au plan de masse complet, de préférence entre les deux plans de masse, comme illustré à la figure 1. Les lignes de signaux clés sont généralement des lignes de signaux à fort rayonnement ou extrêmement sensibles. Un câblage proche du plan de masse peut réduire la zone de la boucle de signal, réduire l’intensité du rayonnement ou améliorer la capacité anti-interférence.

Figure 1 La couche de câblage clé se situe entre les deux plans de masse

2. Le plan de puissance doit être rétracté par rapport à son plan de masse adjacent (valeur recommandée 5H～20H). La rétraction du plan de puissance par rapport à son plan de masse de retour peut supprimer efficacement le problème de “rayonnement de bord”.

De plus, le plan d’alimentation de travail principal de la carte (le plan d’alimentation le plus utilisé) doit être proche de son plan de masse pour réduire efficacement la zone de boucle du courant d’alimentation, comme le montre la figure 3.

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

3. S’il n’y a pas de ligne de signal ≥50MHz sur les couches SUPÉRIEURE et INFÉRIEURE de la carte. Si tel est le cas, il est préférable de déplacer le signal haute fréquence entre les deux couches planes pour supprimer son rayonnement dans l’espace.

Single-layer board and double-layer board design

Pour la conception de cartes monocouche et double couche, il convient de prêter attention à la conception des lignes de signaux clés et des lignes électriques. Il doit y avoir un fil de terre à côté et parallèle à la piste d’alimentation pour réduire la surface de la boucle de courant d’alimentation. La “ligne de masse de guidage” doit être posée des deux côtés de la ligne de signal clé de la carte monocouche, comme illustré à la figure 4. Le plan de projection de la ligne de signal clé de la carte double couche doit avoir une grande surface de sol. , ou la même méthode que la carte monocouche, concevez une “ligne de masse de guidage”, comme illustré à la figure 5. Le “fil de masse de garde” des deux côtés de la ligne de signal clé peut réduire la zone de boucle de signal d’une part, et empêche également la diaphonie entre la ligne de signal et d’autres lignes de signal.

En général, la superposition de la carte PCB peut être conçue selon le tableau suivant.

Compétences en mise en page PCB

Lors de la conception de la disposition du circuit imprimé, respectez pleinement le principe de conception consistant à placer en ligne droite le long de la direction du flux du signal et essayez d’éviter les boucles d’avant en arrière, comme illustré à la Figure 6. Cela peut éviter le couplage direct du signal et affecter la qualité du signal. De plus, afin d’éviter les interférences mutuelles et le couplage entre les circuits et les composants électroniques, le placement des circuits et la disposition des composants doivent suivre les principes suivants :

1. Si une interface “terre propre” est conçue sur la carte, les composants de filtrage et d’isolation doivent être placés sur la bande d’isolation entre la “terre propre” et la terre de travail. Cela peut empêcher les dispositifs de filtrage ou d’isolement de se coupler à travers la couche plane, ce qui affaiblit l’effet. De plus, sur le « sol propre », en dehors des dispositifs de filtrage et de protection, aucun autre dispositif ne peut être placé. 2. Lorsque plusieurs circuits de modules sont placés sur le même PCB, les circuits numériques et les circuits analogiques, ainsi que les circuits à grande vitesse et à faible vitesse doivent être disposés séparément pour éviter les interférences mutuelles entre les circuits numériques, les circuits analogiques, les circuits à grande vitesse et circuits à faible vitesse. De plus, lorsque des circuits haute, moyenne et basse vitesse existent sur la carte de circuit imprimé en même temps, afin d’empêcher le bruit du circuit haute fréquence de rayonner vers l’extérieur à travers l’interface.

3. Le circuit de filtrage du port d’entrée d’alimentation de la carte de circuit imprimé doit être placé à proximité de l’interface pour éviter que le circuit qui a été filtré ne soit à nouveau couplé.

Figure 8 Le circuit de filtrage du port d’entrée d’alimentation doit être placé à proximité de l’interface

4. Les composants de filtrage, de protection et d’isolement du circuit d’interface sont placés à proximité de l’interface, comme le montre la figure 9, ce qui permet d’obtenir efficacement les effets de protection, de filtrage et d’isolement. S’il y a à la fois un filtre et un circuit de protection à l’interface, le principe de la première protection puis du filtrage doit être suivi. Étant donné que le circuit de protection est utilisé pour la suppression des surtensions et des surintensités externes, si le circuit de protection est placé après le circuit de filtrage, le circuit de filtrage sera endommagé par les surtensions et les surintensités. De plus, étant donné que les lignes d’entrée et de sortie du circuit affaibliront l’effet de filtrage, d’isolement ou de protection lorsqu’elles sont couplées les unes aux autres, assurez-vous que les lignes d’entrée et de sortie du circuit de filtrage (filtre), du circuit d’isolement et de protection ne couplez-vous pendant la mise en page.

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. Les condensateurs de stockage d’énergie et de filtre à haute fréquence doivent être placés à proximité des circuits de l’unité ou des appareils avec des changements de courant importants (tels que les bornes d’entrée et de sortie du module d’alimentation, des ventilateurs et des relais) pour réduire la zone de boucle du grande boucle de courant.

7. Les composants du filtre doivent être placés côte à côte pour éviter que le circuit filtré ne soit à nouveau perturbé.

8. Gardez les appareils à rayonnement puissant tels que les cristaux, les oscillateurs à quartz, les relais et les alimentations à découpage à au moins 1000 mils des connecteurs d’interface de la carte. De cette manière, les interférences peuvent être rayonnées directement ou le courant peut être couplé au câble sortant pour rayonner vers l’extérieur.

Règles de câblage PCB

En plus de la sélection des composants et de la conception des circuits, un bon câblage de carte de circuit imprimé (PCB) est également un facteur très important de la compatibilité électromagnétique. Étant donné que le PCB est un composant inhérent du système, l’amélioration de la compatibilité électromagnétique dans le câblage PCB n’entraînera pas de coûts supplémentaires pour l’achèvement final du produit. N’importe qui doit se rappeler qu’une mauvaise configuration PCB peut causer plus de problèmes de compatibilité électromagnétique, plutôt que de les éliminer. Dans de nombreux cas, même l’ajout de filtres et de composants ne peut pas résoudre ces problèmes. En fin de compte, toute la carte a dû être recâblée. Par conséquent, c’est le moyen le plus rentable de développer de bonnes habitudes de câblage PCB au début. Ce qui suit introduira quelques règles générales de câblage PCB et les stratégies de conception des lignes électriques, des lignes de masse et des lignes de signaux. Enfin, selon ces règles, des mesures d’amélioration sont proposées pour le circuit imprimé typique du climatiseur. 1. Séparation de câblage La fonction de séparation de câblage est de minimiser la diaphonie et le couplage de bruit entre les circuits adjacents dans la même couche du PCB. La spécification 3W stipule que tous les signaux (horloge, vidéo, audio, réinitialisation, etc.) doivent être isolés de ligne à ligne, bord à bord, comme illustré à la Figure 10. Afin de réduire davantage le couplage magnétique, la terre de référence est placé à proximité du signal clé pour isoler le bruit de couplage généré par d’autres lignes de signal.

2. Réglage de la ligne de protection et de dérivation La ligne de dérivation et de protection est une méthode très efficace pour isoler et protéger les signaux clés, tels que les signaux d’horloge système dans un environnement bruyant. Sur la figure 21, le circuit parallèle ou de protection du PCB est disposé le long du circuit du signal de clé. Le circuit de protection isole non seulement le flux magnétique de couplage généré par d’autres lignes de signaux, mais isole également les signaux clés du couplage avec d’autres lignes de signaux. La différence entre la ligne de dérivation et la ligne de protection est que la ligne de dérivation n’a pas besoin d’être terminée (connectée à la terre), mais les deux extrémités de la ligne de protection doivent être connectées à la terre. Afin de réduire davantage le couplage, le circuit de protection dans le PCB multicouche peut être ajouté avec un chemin vers la terre tous les deux segments.

3. La conception de la ligne électrique est basée sur la taille du courant de la carte de circuit imprimé et la largeur de la ligne électrique est aussi épaisse que possible pour réduire la résistance de la boucle. Dans le même temps, assurez-vous que la direction de la ligne électrique et de la ligne de masse est cohérente avec la direction de la transmission des données, ce qui contribue à améliorer la capacité anti-bruit. Dans un panneau simple ou double, si la ligne électrique est très longue, un condensateur de découplage doit être ajouté à la terre tous les 3000 mil, et la valeur du condensateur est de 10uF+1000pF.

Conception de fil de terre

Les principes de conception du fil de terre sont les suivants :

(1) La masse numérique est séparée de la masse analogique. S’il y a à la fois des circuits logiques et des circuits linéaires sur la carte de circuit imprimé, ils doivent être séparés autant que possible. La terre du circuit basse fréquence doit être mise à la terre en parallèle en un seul point autant que possible. Lorsque le câblage réel est difficile, il peut être partiellement connecté en série puis mis à la terre en parallèle. Le circuit haute fréquence doit être mis à la terre en plusieurs points en série, le fil de terre doit être court et loué, et la feuille de terre de grande surface en forme de grille doit être utilisée autant que possible autour du composant haute fréquence.

(2) Le fil de terre doit être aussi épais que possible. Si le fil de terre utilise une ligne très serrée, le potentiel de terre change avec le changement de courant, ce qui réduit les performances anti-bruit. Par conséquent, le fil de terre doit être épaissi afin qu’il puisse passer trois fois le courant admissible sur la carte imprimée. Si possible, le fil de terre doit être de 2 à 3 mm ou plus.

(3) Le fil de terre forme une boucle fermée. Pour les cartes imprimées composées uniquement de circuits numériques, la plupart de leurs circuits de mise à la terre sont disposés en boucles pour améliorer la résistance au bruit.

Conception de ligne de signal

Pour les lignes de signaux clés, si la carte a une couche de câblage de signal interne, les lignes de signaux clés telles que les horloges doivent être posées sur la couche interne et la priorité est donnée à la couche de câblage préférée. De plus, les lignes de signal clés ne doivent pas être acheminées à travers la zone de partition, y compris les écarts de plan de référence causés par les vias et les plots, sinon cela entraînera une augmentation de la zone de la boucle de signal. Et la ligne de signal clé doit être à plus de 3H du bord du plan de référence (H est la hauteur de la ligne depuis le plan de référence) pour supprimer l’effet de rayonnement de bord. Pour les lignes d’horloge, les lignes de bus, les lignes de radiofréquence et d’autres lignes de signal de rayonnement puissant et les lignes de signal de réinitialisation, les lignes de signal de sélection de puce, les signaux de contrôle du système et d’autres lignes de signal sensibles, éloignez-les de l’interface et des lignes de signal sortant. Cela empêche les interférences sur la ligne de signal à fort rayonnement de se coupler à la ligne de signal sortant et de rayonner vers l’extérieur ; et évite également que les interférences externes apportées par la ligne de signal sortant de l’interface ne se couplent à la ligne de signal sensible, provoquant un mauvais fonctionnement du système. Les lignes de signaux différentiels doivent être sur la même couche, de longueur égale et fonctionner en parallèle, en gardant l’impédance cohérente, et il ne doit y avoir aucun autre câblage entre les lignes différentielles. Etant donné que l’impédance de mode commun de la paire de lignes différentielles est assurée d’être égale, sa capacité anti-interférence peut être améliorée. Selon les règles de câblage ci-dessus, le circuit imprimé typique du climatiseur est amélioré et optimisé.