Analisis Teknologi Reka Bentuk PCB Berdasarkan EMC

Selain pemilihan komponen dan reka bentuk litar, bagus papan litar bercetak (PCB) juga merupakan faktor yang sangat penting dalam keserasian elektromagnet. Kunci kepada reka bentuk PCB EMC adalah untuk mengurangkan kawasan aliran semula sebanyak mungkin dan biarkan laluan aliran semula mengalir ke arah reka bentuk. Masalah arus balik yang paling biasa datang dari retakan pada satah rujukan, menukar lapisan satah rujukan, dan isyarat yang mengalir melalui penyambung. Kapasitor pelompat atau kapasitor penyahgandingan mungkin menyelesaikan beberapa masalah, tetapi impedans keseluruhan kapasitor, vias, pad, dan pendawaian mesti dipertimbangkan. Kuliah ini akan memperkenalkan teknologi reka bentuk PCB EMC daripada tiga aspek: strategi pelapisan PCB, kemahiran susun atur dan peraturan pendawaian.

ipcb

Strategi pelapisan PCB

Ketebalan, melalui proses dan bilangan lapisan dalam reka bentuk papan litar bukanlah kunci untuk menyelesaikan masalah. Susunan berlapis yang baik adalah untuk memastikan pintasan dan penyahgandingan bas kuasa dan meminimumkan voltan sementara pada lapisan kuasa atau lapisan tanah. Kunci untuk melindungi medan elektromagnet isyarat dan bekalan kuasa. Dari perspektif jejak isyarat, strategi pelapisan yang baik adalah meletakkan semua jejak isyarat pada satu atau beberapa lapisan, dan lapisan ini berada di sebelah lapisan kuasa atau lapisan tanah. Untuk bekalan kuasa, strategi pelapisan yang baik ialah lapisan kuasa bersebelahan dengan lapisan tanah, dan jarak antara lapisan kuasa dan lapisan tanah adalah sekecil mungkin. Inilah yang kita panggil strategi “pelapis”. Di bawah ini kita akan bercakap secara khusus tentang strategi pelapisan PCB yang sangat baik. 1. Satah unjuran lapisan pendawaian hendaklah berada dalam kawasan lapisan satah aliran semulanya. Jika lapisan pendawaian tidak berada di kawasan unjuran lapisan satah aliran semula, akan terdapat garis isyarat di luar kawasan unjuran semasa pendawaian, yang akan menyebabkan masalah “sinarisasi tepi”, dan juga akan menyebabkan kawasan gelung isyarat meningkat. , mengakibatkan peningkatan sinaran mod pembezaan. 2. Cuba elakkan memasang lapisan pendawaian bersebelahan. Oleh kerana kesan isyarat selari pada lapisan pendawaian bersebelahan boleh menyebabkan isyarat crosstalk, jika mustahil untuk mengelakkan lapisan pendawaian bersebelahan, jarak lapisan antara dua lapisan pendawaian harus ditingkatkan dengan sewajarnya, dan jarak lapisan antara lapisan pendawaian dan litar isyaratnya harus dikurangkan. 3. Lapisan satah bersebelahan harus mengelakkan pertindihan satah unjuran mereka. Kerana apabila unjuran bertindih, kapasitansi gandingan antara lapisan akan menyebabkan bunyi antara lapisan berganding antara satu sama lain.

Reka bentuk papan berbilang lapisan

Apabila frekuensi jam melebihi 5MHz, atau masa kenaikan isyarat kurang daripada 5ns, untuk mengawal kawasan gelung isyarat dengan baik, reka bentuk papan berbilang lapisan biasanya diperlukan. Prinsip berikut perlu diberi perhatian semasa mereka bentuk papan berbilang lapisan: 1. Lapisan pendawaian utama (lapisan di mana garis jam, talian bas, talian isyarat antara muka, talian frekuensi radio, garis isyarat set semula, garis isyarat pilih cip dan pelbagai isyarat kawalan garisan terletak) hendaklah bersebelahan dengan satah tanah yang lengkap, sebaik-baiknya antara dua satah tanah, seperti Ditunjukkan dalam Rajah 1. Garis isyarat utama secara amnya adalah sinaran yang kuat atau garis isyarat yang sangat sensitif. Pendawaian berhampiran dengan satah tanah boleh mengurangkan kawasan gelung isyarat, mengurangkan keamatan sinaran atau meningkatkan keupayaan anti-gangguan.

Rajah 1 Lapisan pendawaian kunci berada di antara dua satah tanah

2. Satah kuasa hendaklah ditarik balik berbanding satah tanah bersebelahan (nilai yang disyorkan 5H~20H). Penarikan balik satah kuasa berbanding satah tanah kembalinya boleh menekan masalah “sinar tepi” dengan berkesan.

Di samping itu, satah kuasa kerja utama papan (satah kuasa yang paling banyak digunakan) hendaklah dekat dengan satah tanahnya untuk mengurangkan kawasan gelung arus bekalan kuasa dengan berkesan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3 Satah kuasa hendaklah hampir dengan satah tanahnya

3. Sama ada tiada talian isyarat ≥50MHz pada lapisan ATAS dan BAWAH papan. Jika ya, sebaiknya berjalan isyarat frekuensi tinggi antara dua lapisan satah untuk menyekat sinarannya ke angkasa.

Reka bentuk papan satu lapisan dan papan dua lapisan

Untuk reka bentuk papan satu lapisan dan dua lapisan, reka bentuk talian isyarat utama dan talian kuasa perlu diberi perhatian. Mesti ada wayar tanah di sebelah dan selari dengan surih kuasa untuk mengurangkan kawasan gelung arus kuasa. “Garisan Ground Panduan” hendaklah diletakkan pada kedua-dua belah garis isyarat utama papan satu lapisan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Satah unjuran garis isyarat utama papan dua lapisan hendaklah mempunyai kawasan tanah yang luas. , atau kaedah yang sama seperti papan satu lapisan, reka bentuk “Garisan Ground Panduan”, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5. “Dawai tanah pengawal” pada kedua-dua belah garis isyarat utama boleh mengurangkan kawasan gelung isyarat pada satu tangan, dan juga menghalang crosstalk antara garis isyarat dan garis isyarat lain.

Secara umum, lapisan papan PCB boleh direka bentuk mengikut jadual berikut.

Kemahiran susun atur PCB

Apabila mereka bentuk susun atur PCB, mematuhi sepenuhnya prinsip reka bentuk meletakkan dalam garis lurus di sepanjang arah aliran isyarat, dan cuba elakkan gelung ke depan dan ke belakang, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6. Ini boleh mengelakkan gandingan isyarat langsung dan menjejaskan kualiti isyarat. Di samping itu, untuk mengelakkan gangguan dan gandingan bersama antara litar dan komponen elektronik, penempatan litar dan susun atur komponen hendaklah mengikut prinsip berikut:

1. Jika antara muka “tanah bersih” direka pada papan, komponen penapisan dan pengasingan hendaklah diletakkan pada jalur pengasingan antara “tanah bersih” dan tempat kerja. Ini boleh menghalang peranti penapisan atau pengasingan daripada berganding antara satu sama lain melalui lapisan satah, yang melemahkan kesannya. Di samping itu, di atas “tanah bersih”, selain daripada penapisan dan peranti perlindungan, tiada peranti lain boleh diletakkan. 2. Apabila berbilang litar modul diletakkan pada PCB yang sama, litar digital dan litar analog, dan litar berkelajuan tinggi dan berkelajuan rendah hendaklah dibentangkan secara berasingan untuk mengelakkan gangguan bersama antara litar digital, litar analog, litar berkelajuan tinggi, dan litar berkelajuan rendah. Di samping itu, apabila litar berkelajuan tinggi, sederhana dan rendah wujud pada papan litar pada masa yang sama, untuk mengelakkan hingar litar frekuensi tinggi daripada terpancar ke luar melalui antara muka.

3. Litar penapis port input kuasa papan litar hendaklah diletakkan berdekatan dengan antara muka untuk mengelakkan litar yang telah ditapis daripada digandingkan semula.

Rajah 8 Litar penapis port input kuasa hendaklah diletakkan berdekatan dengan antara muka

4. Komponen penapisan, perlindungan dan pengasingan litar antara muka diletakkan berdekatan dengan antara muka, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9, yang boleh mencapai kesan perlindungan, penapisan dan pengasingan secara berkesan. Jika terdapat kedua-dua penapis dan litar perlindungan pada antara muka, prinsip perlindungan pertama dan kemudian penapisan hendaklah diikuti. Kerana litar perlindungan digunakan untuk overvoltage luaran dan penindasan arus lebih, jika litar perlindungan diletakkan selepas litar penapis, litar penapis akan rosak oleh overvoltage dan overcurrent. Di samping itu, memandangkan talian input dan output litar akan melemahkan kesan penapisan, pengasingan atau perlindungan apabila ia digandingkan antara satu sama lain, pastikan talian input dan output litar penapis (penapis), pengasingan dan litar perlindungan tidak berpasangan antara satu sama lain semasa susun atur.

5. Litar atau peranti sensitif (seperti litar set semula, dsb.) hendaklah berada sekurang-kurangnya 1000 mil dari setiap tepi papan, terutamanya tepi antara muka papan.

6. Penyimpanan tenaga dan kapasitor penapis frekuensi tinggi hendaklah diletakkan berhampiran litar unit atau peranti dengan perubahan arus yang besar (seperti terminal input dan output modul kuasa, kipas dan geganti) untuk mengurangkan kawasan gelung gelung arus besar.

7. Komponen penapis mesti diletakkan bersebelahan untuk mengelakkan litar yang ditapis daripada terganggu semula.

8. Simpan peranti sinaran yang kuat seperti kristal, pengayun kristal, geganti dan bekalan kuasa pensuisan sekurang-kurangnya 1000 mil dari penyambung antara muka papan. Dengan cara ini, gangguan boleh dipancarkan terus atau arus boleh digandingkan dengan kabel keluar untuk memancar ke luar.

Peraturan pendawaian PCB

Selain pemilihan komponen dan reka bentuk litar, pendawaian papan litar bercetak (PCB) yang baik juga merupakan faktor yang sangat penting dalam keserasian elektromagnet. Memandangkan PCB adalah komponen yang wujud dalam sistem, meningkatkan keserasian elektromagnet dalam pendawaian PCB tidak akan membawa kos tambahan kepada penyiapan akhir produk. Sesiapa sahaja harus ingat bahawa susun atur PCB yang lemah boleh menyebabkan lebih banyak masalah keserasian elektromagnet, dan bukannya menghapuskannya. Dalam banyak kes, walaupun penambahan penapis dan komponen tidak dapat menyelesaikan masalah ini. Akhirnya, seluruh papan terpaksa didawai semula. Oleh itu, ia adalah cara yang paling kos efektif untuk membangunkan tabiat pendawaian PCB yang baik pada mulanya. Berikut akan memperkenalkan beberapa peraturan am pendawaian PCB dan strategi reka bentuk talian kuasa, talian tanah dan talian isyarat. Akhir sekali, mengikut peraturan ini, langkah penambahbaikan dicadangkan untuk litar papan litar bercetak tipikal penghawa dingin. 1. Pengasingan pendawaian Fungsi pengasingan pendawaian adalah untuk meminimumkan crosstalk dan gandingan hingar antara litar bersebelahan dalam lapisan PCB yang sama. Spesifikasi 3W menyatakan bahawa semua isyarat (jam, video, audio, set semula, dll.) mesti diasingkan dari baris ke baris, tepi ke tepi, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10. Untuk mengurangkan lagi gandingan magnet, tanah rujukan adalah diletakkan berhampiran isyarat kunci untuk mengasingkan bunyi gandingan yang dihasilkan oleh talian isyarat lain.

2. Tetapan perlindungan dan garisan garisan Shunt dan talian perlindungan ialah kaedah yang sangat berkesan untuk mengasingkan dan melindungi isyarat utama, seperti isyarat jam sistem dalam persekitaran yang bising. Dalam Rajah 21, litar selari atau perlindungan dalam PCB diletakkan di sepanjang litar isyarat kunci. Litar perlindungan bukan sahaja mengasingkan fluks magnet gandingan yang dihasilkan oleh talian isyarat lain, tetapi juga mengasingkan isyarat utama daripada gandingan dengan talian isyarat lain. Perbezaan antara garisan susut dan garisan perlindungan ialah talian susut tidak perlu ditamatkan (disambungkan ke tanah), tetapi kedua-dua hujung talian perlindungan mesti disambungkan ke tanah. Untuk mengurangkan lagi gandingan, litar perlindungan dalam PCB berbilang lapisan boleh ditambah dengan laluan ke tanah setiap segmen lain.

3. Reka bentuk talian kuasa adalah berdasarkan saiz arus papan litar bercetak, dan lebar talian kuasa adalah setebal mungkin untuk mengurangkan rintangan gelung. Pada masa yang sama, jadikan arah talian kuasa dan talian bumi konsisten dengan arah penghantaran data, yang membantu meningkatkan keupayaan anti-bunyi. Dalam panel tunggal atau berganda, jika talian kuasa sangat panjang, kapasitor penyahgandingan hendaklah ditambah ke tanah setiap 3000 mil, dan nilai kapasitor ialah 10uF+1000pF.

Reka bentuk wayar tanah

Prinsip reka bentuk dawai tanah adalah:

(1) Tanah digital dipisahkan daripada tanah analog. Jika terdapat kedua-dua litar logik dan litar linear pada papan litar, ia hendaklah dipisahkan sebanyak mungkin. Tanah litar frekuensi rendah hendaklah dibumikan secara selari pada satu titik sebanyak mungkin. Apabila pendawaian sebenar sukar, ia boleh disambungkan sebahagiannya secara bersiri dan kemudian dibumikan secara selari. Litar frekuensi tinggi hendaklah dibumikan pada beberapa titik secara bersiri, wayar pembumian hendaklah pendek dan dipajak, dan kerajang tanah kawasan besar seperti grid hendaklah digunakan di sekeliling komponen frekuensi tinggi sebanyak mungkin.

(2) Kawat pembumian hendaklah setebal mungkin. Jika wayar tanah menggunakan garisan yang sangat ketat, potensi tanah berubah dengan perubahan arus, yang mengurangkan prestasi anti-bunyi. Oleh itu, wayar pembumian hendaklah ditebalkan supaya ia boleh melepasi tiga kali ganda arus yang dibenarkan pada papan bercetak. Jika boleh, wayar pembumian hendaklah 2~3mm atau lebih.

(3) Kawat tanah membentuk gelung tertutup. Untuk papan bercetak yang hanya terdiri daripada litar digital, kebanyakan litar pembumiannya disusun dalam gelung untuk meningkatkan rintangan hingar.

Reka bentuk garis isyarat

Untuk talian isyarat utama, jika papan mempunyai lapisan pendawaian isyarat dalaman, garis isyarat utama seperti jam harus diletakkan pada lapisan dalam, dan keutamaan diberikan kepada lapisan pendawaian pilihan. Di samping itu, garis isyarat utama tidak boleh dialihkan merentasi kawasan partition, termasuk jurang satah rujukan yang disebabkan oleh vias dan pad, jika tidak, ia akan membawa kepada peningkatan dalam kawasan gelung isyarat. Dan garis isyarat utama hendaklah lebih daripada 3H dari tepi satah rujukan (H ialah ketinggian garisan dari satah rujukan) untuk menyekat kesan sinaran tepi. Untuk talian jam, laluan bas, talian frekuensi radio dan talian isyarat sinaran kuat lain dan tetapkan semula talian isyarat, cip pilih talian isyarat, isyarat kawalan sistem dan talian isyarat sensitif yang lain, jauhkan ia daripada antara muka dan talian isyarat keluar. Ini menghalang gangguan pada garis isyarat pancaran kuat daripada gandingan kepada garis isyarat keluar dan terpancar ke luar; dan juga mengelakkan gangguan luaran yang dibawa oleh antara muka garis isyarat keluar daripada gandingan kepada talian isyarat sensitif, menyebabkan salah operasi sistem. Garis isyarat pembezaan harus berada pada lapisan yang sama, panjang yang sama, dan berjalan secara selari, mengekalkan impedans yang konsisten, dan tidak sepatutnya ada pendawaian lain di antara garis pembezaan. Oleh kerana impedans mod biasa pasangan talian pembezaan dipastikan sama, keupayaan anti-gangguan boleh dipertingkatkan. Mengikut peraturan pendawaian di atas, litar papan litar bercetak tipikal penghawa dingin diperbaiki dan dioptimumkan.