site logo

EMC वर आधारित पीसीबी डिझाइन तंत्रज्ञानावरील विश्लेषण

घटक आणि सर्किट डिझाइनच्या निवडीव्यतिरिक्त, चांगले छापील सर्कीट बोर्ड (PCB) डिझाईन हे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक कंपॅटिबिलिटीमध्ये देखील एक अतिशय महत्त्वाचा घटक आहे. PCB EMC डिझाइनची गुरुकिल्ली म्हणजे रिफ्लो क्षेत्र शक्य तितके कमी करणे आणि रीफ्लो मार्गाला डिझाइनच्या दिशेने वाहू देणे. सर्वात सामान्य रिटर्न वर्तमान समस्या संदर्भ विमानातील क्रॅक, संदर्भ विमान स्तर बदलणे आणि कनेक्टरमधून वाहणारे सिग्नल यामुळे येतात. जंपर कॅपॅसिटर किंवा डिकपलिंग कॅपेसिटर काही समस्या सोडवू शकतात, परंतु कॅपेसिटर, वियास, पॅड आणि वायरिंगच्या एकूण प्रतिबाधाचा विचार करणे आवश्यक आहे. हे व्याख्यान EMC च्या PCB डिझाइन तंत्रज्ञानाचा तीन पैलूंमधून परिचय करून देईल: PCB लेयरिंग धोरण, मांडणी कौशल्ये आणि वायरिंग नियम.

ipcb

पीसीबी लेयरिंग धोरण

सर्किट बोर्ड डिझाइनमधील जाडी, प्रक्रियेद्वारे आणि स्तरांची संख्या ही समस्या सोडवण्याची गुरुकिल्ली नाही. पॉवर बसचे बायपास आणि डीकपलिंग सुनिश्चित करणे आणि पॉवर लेयर किंवा ग्राउंड लेयरवरील क्षणिक व्होल्टेज कमी करणे हे चांगले स्तरित स्टॅकिंग आहे. सिग्नल आणि पॉवर सप्लायच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचे संरक्षण करण्याची गुरुकिल्ली. सिग्नल ट्रेसच्या दृष्टीकोनातून, सर्व सिग्नल ट्रेस एक किंवा अनेक स्तरांवर ठेवणे ही एक चांगली लेयरिंग धोरण असावी आणि हे स्तर पॉवर लेयर किंवा ग्राउंड लेयरच्या पुढे असतात. वीज पुरवठ्यासाठी, लेयरिंगची चांगली रणनीती अशी असावी की पॉवर लेयर जमिनीच्या थराला लागून असेल आणि पॉवर लेयर आणि ग्राउंड लेयरमधील अंतर शक्य तितके कमी असेल. यालाच आपण “लेयरिंग” धोरण म्हणतो. खाली आम्ही विशेषत: उत्कृष्ट पीसीबी लेयरिंग धोरणाबद्दल बोलू. 1. वायरिंग लेयरचे प्रोजेक्शन प्लेन त्याच्या रिफ्लो प्लेन लेयर एरियामध्ये असावे. वायरिंग लेयर रिफ्लो प्लेन लेयरच्या प्रोजेक्शन एरियामध्ये नसल्यास, वायरिंग दरम्यान प्रोजेक्शन एरियाच्या बाहेर सिग्नल लाईन्स असतील, ज्यामुळे “एज रेडिएशन” समस्या निर्माण होईल आणि सिग्नल लूप एरिया देखील वाढेल. , परिणामी विभेदक मोड रेडिएशन वाढले. 2. समीप वायरिंग स्तर सेट करणे टाळण्याचा प्रयत्न करा. कारण समीप वायरिंग स्तरांवरील समांतर सिग्नल ट्रेस सिग्नल क्रॉसस्टॉकला कारणीभूत ठरू शकतात, समीप वायरिंग स्तर टाळणे अशक्य असल्यास, दोन वायरिंग स्तरांमधील लेयर अंतर योग्यरित्या वाढवले ​​पाहिजे आणि वायरिंग लेयर आणि त्याच्या सिग्नल सर्किटमधील लेयर अंतर वाढले पाहिजे. कमी करणे. 3. समीप समतल स्तरांनी त्यांच्या प्रोजेक्शन प्लेनचे ओव्हरलॅपिंग टाळले पाहिजे. कारण जेव्हा प्रक्षेपण ओव्हरलॅप होतात, तेव्हा स्तरांमधील कपलिंग कॅपेसिटन्समुळे थरांमधील आवाज एकमेकांशी जोडला जातो.

मल्टीलेयर बोर्ड डिझाइन

जेव्हा घड्याळाची वारंवारता 5MHz पेक्षा जास्त असते, किंवा सिग्नल वाढण्याची वेळ 5ns पेक्षा कमी असते, तेव्हा सिग्नल लूप क्षेत्र चांगल्या प्रकारे नियंत्रित करण्यासाठी, बहुस्तरीय बोर्ड डिझाइनची आवश्यकता असते. मल्टीलेयर बोर्ड डिझाइन करताना खालील तत्त्वांकडे लक्ष दिले पाहिजे: 1. की वायरिंग लेयर (थर जिथे घड्याळाची लाईन, बस लाइन, इंटरफेस सिग्नल लाइन, रेडिओ फ्रिक्वेन्सी लाइन, रिसेट सिग्नल लाइन, चिप निवडा सिग्नल लाइन आणि विविध नियंत्रण सिग्नल रेषा स्थित आहेत) संपूर्ण ग्राउंड प्लेनला लागून असाव्यात, शक्यतो दोन ग्राउंड प्लेनच्या दरम्यान, जसे की आकृती 1 मध्ये दर्शविल्या आहेत. मुख्य सिग्नल लाईन्स सामान्यतः मजबूत रेडिएशन किंवा अत्यंत संवेदनशील सिग्नल लाइन असतात. ग्राउंड प्लेनच्या जवळ वायरिंग केल्याने सिग्नल लूपचे क्षेत्र कमी होऊ शकते, रेडिएशनची तीव्रता कमी होते किंवा हस्तक्षेप विरोधी क्षमता सुधारते.

आकृती 1 की वायरिंग लेयर दोन ग्राउंड प्लेनमध्ये आहे

2. पॉवर प्लेन त्याच्या जवळच्या ग्राउंड प्लेनच्या सापेक्ष मागे घेतले पाहिजे (शिफारस केलेले मूल्य 5H~20H). पॉवर प्लेन त्याच्या रिटर्न ग्राउंड प्लेनच्या सापेक्ष मागे घेतल्याने “एज रेडिएशन” समस्या प्रभावीपणे दाबली जाऊ शकते.

याव्यतिरिक्त, आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, पॉवर सप्लाय करंटचे लूप क्षेत्र प्रभावीपणे कमी करण्यासाठी बोर्डचे मुख्य कार्यरत पॉवर प्लेन (सर्वाधिक प्रमाणात वापरलेले पॉवर प्लेन) त्याच्या ग्राउंड प्लेनच्या जवळ असले पाहिजे.

आकृती 3 पॉवर प्लेन त्याच्या ग्राउंड प्लेनच्या जवळ असावे

3. बोर्डच्या TOP आणि BOTTOM स्तरांवर सिग्नल लाइन ≥50MHz नाही. तसे असल्यास, अंतराळातील रेडिएशन दाबण्यासाठी दोन समतल स्तरांमधील उच्च-फ्रिक्वेंसी सिग्नलवर चालणे चांगले.

सिंगल-लेयर बोर्ड आणि डबल-लेयर बोर्ड डिझाइन

सिंगल-लेयर आणि डबल-लेयर बोर्डच्या डिझाइनसाठी, की सिग्नल लाइन्स आणि पॉवर लाइन्सच्या डिझाइनकडे लक्ष दिले पाहिजे. पॉवर करंट लूपचे क्षेत्रफळ कमी करण्यासाठी पॉवर ट्रेसच्या पुढे आणि समांतर ग्राउंड वायर असणे आवश्यक आहे. आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सिंगल-लेयर बोर्डच्या की सिग्नल लाइनच्या दोन्ही बाजूंना “मार्गदर्शक ग्राउंड लाइन” घातली पाहिजे. डबल-लेयर बोर्डच्या की सिग्नल लाइन प्रोजेक्शन प्लेनमध्ये ग्राउंडचे मोठे क्षेत्र असावे , किंवा सिंगल-लेयर बोर्ड सारखीच पद्धत, आकृती 5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे “मार्गदर्शक ग्राउंड लाइन” डिझाइन करा. की सिग्नल लाईनच्या दोन्ही बाजूंना “गार्ड ग्राउंड वायर” एकीकडे सिग्नल लूप क्षेत्र कमी करू शकते, आणि सिग्नल लाईन आणि इतर सिग्नल लाईन्समधील क्रॉसस्टॉक देखील प्रतिबंधित करते.

सर्वसाधारणपणे, पीसीबी बोर्डची लेयरिंग खालील तक्त्यानुसार डिझाइन केली जाऊ शकते.

पीसीबी लेआउट कौशल्ये

PCB लेआउट डिझाइन करताना, सिग्नल प्रवाहाच्या दिशेने सरळ रेषेत ठेवण्याच्या डिझाइन तत्त्वाचे पूर्णपणे पालन करा आणि आकृती 6 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, मागे-पुढे पळवाट टाळण्याचा प्रयत्न करा. यामुळे थेट सिग्नल जोडणे टाळता येते आणि सिग्नलच्या गुणवत्तेवर परिणाम होतो. याव्यतिरिक्त, सर्किट्स आणि इलेक्ट्रॉनिक घटकांमधील परस्पर हस्तक्षेप आणि कपलिंग टाळण्यासाठी, सर्किट्सची नियुक्ती आणि घटकांचे लेआउट खालील तत्त्वांचे पालन केले पाहिजे:

1. जर बोर्डवर “क्लीन ग्राउंड” इंटरफेस तयार केला असेल, तर फिल्टरिंग आणि आयसोलेशन घटक “स्वच्छ ग्राउंड” आणि वर्किंग ग्राउंड दरम्यान अलगाव बँडवर ठेवले पाहिजेत. हे प्लॅनर लेयरद्वारे फिल्टरिंग किंवा अलगाव उपकरणांना एकमेकांशी जोडण्यापासून रोखू शकते, ज्यामुळे प्रभाव कमकुवत होतो. याव्यतिरिक्त, “स्वच्छ जमिनीवर”, फिल्टरिंग आणि संरक्षण उपकरणांव्यतिरिक्त, इतर कोणतीही साधने ठेवली जाऊ शकत नाहीत. 2. जेव्हा एकाच पीसीबीवर एकाधिक मॉड्यूल सर्किट्स ठेवल्या जातात तेव्हा डिजिटल सर्किट्स आणि अॅनालॉग सर्किट्स, आणि हाय-स्पीड आणि लो-स्पीड सर्किट्स स्वतंत्रपणे मांडल्या पाहिजेत जेणेकरून डिजिटल सर्किट्स, अॅनालॉग सर्किट्स, हाय-स्पीड सर्किट्स आणि दरम्यान परस्पर हस्तक्षेप टाळण्यासाठी कमी-स्पीड सर्किट्स. याव्यतिरिक्त, जेव्हा उच्च, मध्यम आणि कमी-स्पीड सर्किट सर्किट बोर्डवर एकाच वेळी अस्तित्वात असतात, तेव्हा उच्च-फ्रिक्वेंसी सर्किटचा आवाज इंटरफेसमधून बाहेरून पसरण्यापासून रोखण्यासाठी.

3. फिल्टर केलेले सर्किट पुन्हा जोडले जाऊ नये म्हणून सर्किट बोर्डच्या पॉवर इनपुट पोर्टचे फिल्टर सर्किट इंटरफेसच्या जवळ ठेवले पाहिजे.

आकृती 8 पॉवर इनपुट पोर्टचे फिल्टर सर्किट इंटरफेसच्या जवळ ठेवले पाहिजे

4. आकृती 9 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे इंटरफेस सर्किटचे फिल्टरिंग, संरक्षण आणि अलगाव घटक इंटरफेसच्या जवळ ठेवलेले आहेत, जे संरक्षण, फिल्टरिंग आणि अलगावचे परिणाम प्रभावीपणे साध्य करू शकतात. इंटरफेसमध्ये फिल्टर आणि संरक्षण सर्किट दोन्ही असल्यास, प्रथम संरक्षण आणि नंतर फिल्टरिंगचे तत्त्व पाळले पाहिजे. कारण संरक्षण सर्किट बाह्य ओव्हरव्होल्टेज आणि ओव्हरकरंट सप्रेशनसाठी वापरले जाते, जर फिल्टर सर्किट नंतर संरक्षण सर्किट ठेवल्यास, फिल्टर सर्किट ओव्हरव्होल्टेज आणि ओव्हरकरंटमुळे खराब होईल. या व्यतिरिक्त, सर्किटच्या इनपुट आणि आउटपुट लाइन्स एकमेकांशी जोडल्या गेल्यावर फिल्टरिंग, अलगाव किंवा संरक्षण प्रभाव कमकुवत करतात, याची खात्री करा की फिल्टर सर्किट (फिल्टर), अलगाव आणि संरक्षण सर्किटच्या इनपुट आणि आउटपुट लाईन्स नाहीत. लेआउट दरम्यान एकमेकांसोबत जोडपे.

5. संवेदनशील सर्किट किंवा उपकरणे (जसे की रीसेट सर्किट्स इ.) बोर्डच्या प्रत्येक काठापासून, विशेषतः बोर्ड इंटरफेसच्या काठापासून किमान 1000 मैल दूर असावी.

6. ऊर्जा संचयन आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी फिल्टर कॅपॅसिटर युनिट सर्किट्स किंवा मोठ्या वर्तमान बदलांसह (जसे की पॉवर मॉड्यूल, पंखे आणि रिलेचे इनपुट आणि आउटपुट टर्मिनल्स) चे लूप क्षेत्र कमी करण्यासाठी उपकरणांजवळ ठेवावे. मोठा वर्तमान लूप.

7. फिल्टर केलेले सर्किट पुन्हा व्यत्यय आणू नये म्हणून फिल्टरचे घटक शेजारी ठेवले पाहिजेत.

8. मजबूत रेडिएशन उपकरणे जसे की क्रिस्टल्स, क्रिस्टल ऑसिलेटर, रिले आणि स्विचिंग पॉवर सप्लाय बोर्ड इंटरफेस कनेक्टर्सपासून किमान 1000 मैल दूर ठेवा. अशाप्रकारे, हस्तक्षेप थेट रेडिएट केला जाऊ शकतो किंवा प्रवाह बाहेर जाण्यासाठी बाहेर जाणार्‍या केबलशी जोडला जाऊ शकतो.

पीसीबी वायरिंग नियम

घटक आणि सर्किट डिझाइनच्या निवडीव्यतिरिक्त, चांगले मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) वायरिंग देखील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक अनुकूलतेमध्ये एक अतिशय महत्त्वाचा घटक आहे. PCB हा प्रणालीचा अंतर्निहित घटक असल्याने, PCB वायरिंगमध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सुसंगतता वाढवल्याने उत्पादनाच्या अंतिम पूर्ततेसाठी अतिरिक्त खर्च येणार नाही. कोणीही हे लक्षात ठेवले पाहिजे की खराब PCB लेआउट त्यांना दूर करण्याऐवजी अधिक इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक अनुकूलता समस्या निर्माण करू शकते. बर्याच प्रकरणांमध्ये, फिल्टर आणि घटक जोडणे देखील या समस्या सोडवू शकत नाही. सरतेशेवटी, संपूर्ण बोर्ड पुन्हा तयार करावा लागला. म्हणून, सुरुवातीला पीसीबी वायरिंगच्या चांगल्या सवयी विकसित करण्याचा हा सर्वात किफायतशीर मार्ग आहे. खालील पीसीबी वायरिंगचे काही सामान्य नियम आणि पॉवर लाईन्स, ग्राउंड लाईन्स आणि सिग्नल लाईन्सच्या डिझाइन स्ट्रॅटेजीज सादर करतील. शेवटी, या नियमांनुसार, एअर कंडिशनरच्या ठराविक मुद्रित सर्किट बोर्ड सर्किटसाठी सुधारणा उपाय प्रस्तावित आहेत. 1. वायरिंग वेगळे करणे वायरिंग वेगळे करण्याचे कार्य PCB च्या समान लेयरमधील समीप सर्किट्समधील क्रॉसस्टॉक आणि आवाज कपलिंग कमी करणे आहे. 3W तपशील सांगते की सर्व सिग्नल (घड्याळ, व्हिडिओ, ऑडिओ, रीसेट, इ.) आकृती 10 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, एका रेषेपासून ते रेषेपर्यंत, काठापासून ते काठापासून वेगळे केले जाणे आवश्यक आहे. चुंबकीय जोडणी आणखी कमी करण्यासाठी, संदर्भ ग्राउंड आहे. इतर सिग्नल लाइन्सद्वारे व्युत्पन्न होणारे कपलिंग आवाज वेगळे करण्यासाठी की सिग्नलजवळ ठेवले जाते.

2. संरक्षण आणि शंट लाईन सेटिंग शंट आणि प्रोटेक्शन लाईन ही गोंगाटाच्या वातावरणात सिस्टीम क्लॉक सिग्नल सारखे की सिग्नल वेगळे आणि संरक्षित करण्यासाठी एक अतिशय प्रभावी पद्धत आहे. आकृती 21 मध्ये, PCB मधील समांतर किंवा संरक्षण सर्किट की सिग्नलच्या सर्किटसह घातली आहे. प्रोटेक्शन सर्किट इतर सिग्नल लाइन्सद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या कपलिंग मॅग्नेटिक फ्लक्सलाच वेगळे करत नाही तर इतर सिग्नल लाईन्ससह जोडण्यापासून मुख्य सिग्नल देखील वेगळे करते. शंट लाईन आणि प्रोटेक्शन लाईनमधला फरक असा आहे की शंट लाईन संपुष्टात आणायची नाही (जमिनीला जोडलेली), पण संरक्षण रेषेची दोन्ही टोके जमिनीला जोडलेली असायला हवीत. कपलिंग आणखी कमी करण्यासाठी, मल्टीलेयर PCB मधील संरक्षण सर्किट जमिनीवर जाणाऱ्या मार्गासह इतर प्रत्येक विभागात जोडले जाऊ शकते.

3. पॉवर लाइनची रचना मुद्रित सर्किट बोर्ड करंटच्या आकारावर आधारित आहे आणि लूपचा प्रतिकार कमी करण्यासाठी पॉवर लाइनची रुंदी शक्य तितकी जाड आहे. त्याच वेळी, पॉवर लाइन आणि ग्राउंड लाइनची दिशा डेटा ट्रान्समिशनच्या दिशेशी सुसंगत बनवा, ज्यामुळे आवाज विरोधी क्षमता वाढविण्यात मदत होते. एका किंवा दुहेरी पॅनेलमध्ये, जर पॉवर लाइन खूप लांब असेल, तर प्रत्येक 3000 mil वर एक डिकपलिंग कॅपेसिटर जमिनीवर जोडला जावा आणि कॅपेसिटरचे मूल्य 10uF+1000pF आहे.

ग्राउंड वायर डिझाइन

ग्राउंड वायर डिझाइनची तत्त्वे आहेत:

(1) डिजिटल ग्राउंड अॅनालॉग ग्राउंडपासून वेगळे केले जाते. सर्किट बोर्डवर लॉजिक सर्किट आणि रेखीय सर्किट दोन्ही असल्यास, ते शक्य तितके वेगळे केले पाहिजेत. कमी-फ्रिक्वेंसी सर्किटची जमीन शक्य तितक्या एकाच बिंदूवर समांतरपणे ग्राउंड केली पाहिजे. जेव्हा वास्तविक वायरिंग कठीण असते, तेव्हा ते अंशतः मालिकेत जोडले जाऊ शकते आणि नंतर समांतर ग्राउंड केले जाऊ शकते. उच्च-फ्रिक्वेंसी सर्किटला मालिकेतील अनेक बिंदूंवर ग्राउंड केले जावे, ग्राउंड वायर लहान आणि लीज्ड असावी आणि ग्रिडसारख्या मोठ्या-क्षेत्राच्या ग्राउंड फॉइलचा वापर शक्य तितक्या उच्च-फ्रिक्वेंसी घटकाभोवती केला पाहिजे.

(2) ग्राउंडिंग वायर शक्य तितकी जाड असावी. जर ग्राउंड वायर खूप घट्ट रेषा वापरत असेल, तर ग्राउंड पोटेंशिअल विद्युत् प्रवाहाच्या बदलाने बदलते, ज्यामुळे आवाज विरोधी कार्यप्रदर्शन कमी होते. म्हणून, ग्राउंड वायर जाड करणे आवश्यक आहे जेणेकरुन ते मुद्रित बोर्डवर स्वीकार्य विद्युत् प्रवाहाच्या तिप्पट पार करू शकेल. शक्य असल्यास, ग्राउंडिंग वायर 2~3mm किंवा अधिक असावी.

(3) ग्राउंड वायर बंद लूप बनवते. केवळ डिजिटल सर्किट्सच्या बनलेल्या मुद्रित बोर्डांसाठी, त्यांच्यातील बहुतेक ग्राउंडिंग सर्किट्स आवाज प्रतिरोधकता सुधारण्यासाठी लूपमध्ये व्यवस्था केली जातात.

सिग्नल लाइन डिझाइन

की सिग्नल लाईन्ससाठी, जर बोर्डमध्ये अंतर्गत सिग्नल वायरिंग लेयर असेल, तर घड्याळे सारख्या की सिग्नल लाईन्स आतील लेयरवर घातल्या पाहिजेत आणि प्राधान्य दिलेल्या वायरिंग लेयरला प्राधान्य दिले जाते. याव्यतिरिक्त, व्हिअस आणि पॅड्समुळे होणार्‍या रेफरन्स प्लेन गॅपसह, की सिग्नल लाईन्स संपूर्ण विभाजन क्षेत्रावर जाऊ नयेत, अन्यथा यामुळे सिग्नल लूपच्या क्षेत्रामध्ये वाढ होईल. आणि की सिग्नल लाइन रेफरन्स प्लेनच्या काठावरुन 3H पेक्षा जास्त असावी (H ही रेफरन्स प्लेनपासूनची उंची आहे) धार रेडिएशन इफेक्ट दाबण्यासाठी. क्लॉक लाईन्स, बस लाईन्स, रेडिओ फ्रिक्वेन्सी लाईन्स आणि इतर मजबूत रेडिएशन सिग्नल लाईन्स आणि रिसेट सिग्नल लाईन्स, चिप सिलेक्ट सिग्नल लाईन्स, सिस्टम कंट्रोल सिग्नल आणि इतर संवेदनशील सिग्नल लाईन्ससाठी, त्यांना इंटरफेस आणि आउटगोइंग सिग्नल लाईन्सपासून दूर ठेवा. हे मजबूत रेडिएटिंग सिग्नल लाईनवरील हस्तक्षेप आउटगोइंग सिग्नल लाईनमध्ये जोडण्यापासून आणि बाहेरच्या दिशेने पसरण्यापासून प्रतिबंधित करते; आणि इंटरफेस आउटगोइंग सिग्नल लाईनद्वारे जोडण्यापासून संवेदनशील सिग्नल लाईनपर्यंत आणलेला बाह्य हस्तक्षेप देखील टाळतो, ज्यामुळे सिस्टम चुकीचे काम करते. विभेदक सिग्नल रेषा एकाच थरावर, समान लांबीच्या आणि समांतर चालवल्या पाहिजेत, प्रतिबाधा सुसंगत ठेवल्या पाहिजेत आणि विभेदक रेषांमध्ये इतर कोणतेही वायरिंग नसावे. विभेदक रेषा जोडीचा सामान्य मोड प्रतिबाधा समान असल्याचे सुनिश्चित केल्यामुळे, त्याची हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता सुधारली जाऊ शकते. वरील वायरिंग नियमांनुसार, एअर कंडिशनरचे ठराविक मुद्रित सर्किट बोर्ड सर्किट सुधारित आणि ऑप्टिमाइझ केले आहे.