Analyse på PCB-designteknologi basert på EMC

I tillegg til utvalget av komponenter og kretsdesign, bra trykte kretskort (PCB) design er også en svært viktig faktor i elektromagnetisk kompatibilitet. Nøkkelen til PCB EMC-design er å redusere reflow-området så mye som mulig og la reflow-banen flyte i retning av designet. De vanligste returstrømproblemene kommer fra sprekker i referanseplanet, endring av referanseplanlaget og signalet som strømmer gjennom kontakten. Jumperkondensatorer eller avkoblingskondensatorer kan løse noen problemer, men den generelle impedansen til kondensatorer, vias, pads og ledninger må vurderes. Dette foredraget vil introdusere EMCs PCB-designteknologi fra tre aspekter: PCB-lagstrategi, layoutferdigheter og kablingsregler.

ipcb

PCB lagdeling strategi

Tykkelsen, via prosess og antall lag i kretskortdesignet er ikke nøkkelen til å løse problemet. God lagdelt stabling er å sikre bypass og frakobling av kraftbussen og minimere transientspenningen på kraftlaget eller jordlaget. Nøkkelen til å skjerme det elektromagnetiske feltet til signalet og strømforsyningen. Fra et signalspors perspektiv bør en god lagdelingsstrategi være å legge alle signalspor på ett eller flere lag, og disse lagene ligger ved siden av kraftlaget eller grunnlaget. For kraftforsyningen bør en god lagdelingsstrategi være at kraftlaget ligger inntil grunnlaget, og avstanden mellom kraftlaget og grunnlaget er så liten som mulig. Dette er det vi kaller “lagdelingsstrategien”. Nedenfor vil vi spesifikt snakke om den utmerkede PCB-lagstrategien. 1. Projeksjonsplanet til ledningslaget skal være i området for tilbakestrømningsplanet. Hvis ledningslaget ikke er i projeksjonsområdet til reflow-planlaget, vil det være signallinjer utenfor projeksjonsområdet under kabling, noe som vil forårsake “kantstråling”-problemet, og vil også føre til at signalsløyfeområdet øker , noe som resulterer i økt differensiell modusstråling . 2. Prøv å unngå å sette opp tilstøtende ledningslag. Fordi parallelle signalspor på tilstøtende ledningslag kan forårsake signalovertale, hvis det er umulig å unngå de tilstøtende ledningslagene, bør lagavstanden mellom de to ledningslagene økes på passende måte, og lagavstanden mellom ledningslaget og signalkretsen bør reduseres. 3. Tilstøtende plane lag bør unngå overlapping av projeksjonsplanene deres. For når fremspringene overlapper, vil koblingskapasitansen mellom lagene føre til at støyen mellom lagene kobles til hverandre.

Flerlags borddesign

Når klokkefrekvensen overstiger 5MHz, eller signalets stigetid er mindre enn 5ns, for å kontrollere signalsløyfeområdet godt, er det vanligvis nødvendig med en flerlagskortdesign. Følgende prinsipper bør tas hensyn til ved utforming av flerlagskort: 1. Nøkkelledningslaget (laget hvor klokkelinjen, busslinjen, grensesnittsignallinjen, radiofrekvenslinjen, tilbakestillingssignallinjen, brikkevalgssignallinjen og ulike kontrollsignaler linjer er plassert) bør være ved siden av hele jordplanet, fortrinnsvis mellom de to jordplanene, slik som vist i figur 1. Nøkkelsignallinjene er generelt sterk stråling eller ekstremt følsomme signallinjer. Kabling nær jordplanet kan redusere arealet av signalsløyfen, redusere strålingsintensiteten eller forbedre anti-interferensevnen.

Figur 1 Koblingslaget er mellom de to jordplanene

2. Kraftplanet skal trekkes tilbake i forhold til det tilstøtende jordplanet (anbefalt verdi 5H~20H). Tilbaketrekkingen av kraftplanet i forhold til returjordplanet kan effektivt undertrykke “kantstråling”-problemet.

I tillegg bør hovedkraftplanet til brettet (det mest brukte kraftplanet) være nær jordplanet for effektivt å redusere sløyfeområdet til strømforsyningsstrømmen, som vist i figur 3.

Figur 3 Kraftplanet skal være nær bakkeplanet

3. Om det ikke er noen signallinje ≥50MHz på TOP- og BOTTOM-lagene på brettet. I så fall er det best å gå det høyfrekvente signalet mellom de to planlagene for å undertrykke strålingen til rommet.

Enkeltlags brett og dobbeltlags brettdesign

For utforming av enkeltlags- og dobbeltlagstavler bør utformingen av nøkkelsignallinjer og kraftledninger tas hensyn til. Det må være en jordledning ved siden av og parallelt med strømsporet for å redusere arealet av strømsløyfen. “Guide Ground Line” skal legges på begge sider av nøkkelsignallinjen til enkeltlagskortet, som vist i figur 4. Nøkkelsignallinjeprojeksjonsplanet til dobbeltlagskortet skal ha et stort jordareal. , eller samme metode som enkeltlagskortet, design “Guide Ground Line”, som vist i figur 5. “Guide Ground wire” på begge sider av nøkkelsignallinjen kan redusere signalsløyfeområdet på den ene siden, og forhindrer også krysstale mellom signallinjen og andre signallinjer.

Generelt kan lagdelingen av PCB-kortet utformes i henhold til følgende tabell.

PCB layout ferdigheter

Ved utforming av PCB-oppsettet, følg designprinsippet fullt ut med å plassere i en rett linje langs signalstrømretningen, og prøv å unngå sløyfer frem og tilbake, som vist i figur 6. Dette kan unngå direkte signalkobling og påvirke signalkvaliteten. I tillegg, for å forhindre gjensidig interferens og kobling mellom kretser og elektroniske komponenter, bør plassering av kretser og utforming av komponenter følge følgende prinsipper:

1. Hvis et “ren jord”-grensesnitt er designet på kortet, bør filtrerings- og isolasjonskomponentene plasseres på isolasjonsbåndet mellom “ren jord” og arbeidsjorden. Dette kan forhindre at filtrerings- eller isolasjonsanordningene kobles til hverandre gjennom det plane laget, noe som svekker effekten. I tillegg, på den “rene bakken”, bortsett fra filtrerings- og beskyttelsesenheter, kan ingen andre enheter plasseres. 2. Når flere modulkretser er plassert på samme PCB, bør digitale kretser og analoge kretser, og høyhastighets- og lavhastighetskretser legges ut separat for å unngå gjensidig interferens mellom digitale kretser, analoge kretser, høyhastighetskretser, og lavhastighetskretser. I tillegg, når høy-, middels- og lavhastighetskretser eksisterer på kretskortet samtidig, for å forhindre at høyfrekvent kretsstøy stråler utover gjennom grensesnittet.

3. Filterkretsen til strøminngangsporten på kretskortet bør plasseres nær grensesnittet for å forhindre at kretsen som har blitt filtrert kobles til igjen.

Figur 8 Filterkretsen til strøminngangsporten skal plasseres nær grensesnittet

4. Filtrerings-, beskyttelses- og isolasjonskomponentene til grensesnittkretsen er plassert nær grensesnittet, som vist i figur 9, som effektivt kan oppnå effekten av beskyttelse, filtrering og isolasjon. Hvis det er både et filter og en beskyttelseskrets ved grensesnittet, bør prinsippet om først beskyttelse og deretter filtrering følges. Fordi beskyttelseskretsen brukes til ekstern overspenning og overstrømsundertrykkelse, hvis beskyttelseskretsen plasseres etter filterkretsen, vil filterkretsen bli skadet av overspenning og overstrøm. I tillegg, siden inngangs- og utgangslinjene til kretsen vil svekke filtrerings-, isolasjons- eller beskyttelseseffekten når de kobles til hverandre, sørg for at inngangs- og utgangslinjene til filterkretsen (filteret), isolasjons- og beskyttelseskretsen ikke par med hverandre under layout.

5. Sensitive kretser eller enheter (som nullstillingskretser osv.) bør være minst 1000 mil unna hver kant av kortet, spesielt kanten av kortets grensesnitt.

6. Energilagring og høyfrekvente filterkondensatorer bør plasseres i nærheten av enhetens kretser eller enheter med store strømendringer (som inngangs- og utgangsterminalene til strømmodulen, vifter og releer) for å redusere sløyfeområdet til stor strømsløyfe.

7. Filterkomponentene må plasseres side ved side for å forhindre at den filtrerte kretsen forstyrres igjen.

8. Hold sterke strålingsenheter som krystaller, krystalloscillatorer, reléer og vekslende strømforsyninger minst 1000 mil unna kortgrensesnittkontaktene. På denne måten kan interferensen utstråles direkte eller strømmen kan kobles til den utgående kabelen for å stråle utover.

PCB ledningsregler

I tillegg til valg av komponenter og kretsdesign, er god kretskort (PCB) kabling også en svært viktig faktor for elektromagnetisk kompatibilitet. Siden PCB er en iboende komponent i systemet, vil forbedring av elektromagnetisk kompatibilitet i PCB-kabling ikke medføre ekstra kostnader til den endelige ferdigstillelsen av produktet. Alle bør huske at en dårlig PCB-layout kan forårsake flere elektromagnetiske kompatibilitetsproblemer, i stedet for å eliminere dem. I mange tilfeller kan selv tilsetning av filtre og komponenter ikke løse disse problemene. Til slutt måtte hele brettet kobles om. Derfor er det den mest kostnadseffektive måten å utvikle gode PCB-kablingsvaner i begynnelsen. Det følgende vil introdusere noen generelle regler for PCB-kabling og designstrategier for kraftledninger, jordledninger og signallinjer. Til slutt, i henhold til disse reglene, foreslås forbedringstiltak for den typiske kretskortkretsen til klimaanlegget. 1. Ledningsseparasjon Funksjonen til ledningsseparasjon er å minimere krysstale og støykobling mellom tilstøtende kretser i samme lag av PCB. 3W-spesifikasjonen sier at alle signaler (klokke, video, lyd, tilbakestilling osv.) skal isoleres fra linje til linje, kant til kant, som vist i figur 10. For å redusere den magnetiske koblingen ytterligere er referansejorden plassert nær nøkkelsignalet for å isolere koblingsstøyen generert av andre signallinjer.

2. Innstilling av beskyttelses- og shuntlinje Shunt- og beskyttelseslinje er en svært effektiv metode for å isolere og beskytte nøkkelsignaler, for eksempel systemklokkesignaler i et støyende miljø. I figur 21 er parallell- eller beskyttelseskretsen i PCB lagt langs kretsen til nøkkelsignalet. Beskyttelseskretsen isolerer ikke bare den koblingsmagnetiske fluksen generert av andre signallinjer, men isolerer også nøkkelsignaler fra kobling med andre signallinjer. Forskjellen mellom shuntledningen og beskyttelsesledningen er at shuntledningen ikke må termineres (kobles til jord), men begge ender av beskyttelsesledningen må kobles til jord. For å redusere koblingen ytterligere kan beskyttelseskretsen i flerlags kretskortet legges til med vei til bakken annethvert segment.

3. Kraftlinjedesignet er basert på størrelsen på kretskortets strøm, og bredden på kraftledningen er så tykk som mulig for å redusere sløyfemotstanden. Gjør samtidig retningen til kraftledningen og jordlinjen i samsvar med retningen for dataoverføring, noe som bidrar til å forbedre antistøyevnen. I et enkelt eller dobbelt panel, hvis kraftledningen er veldig lang, bør en avkoblingskondensator legges til bakken hver 3000 mil, og verdien av kondensatoren er 10uF+1000pF.

Jordledningsdesign

Prinsippene for jordtråddesign er:

(1) Den digitale jordingen er atskilt fra den analoge jordingen. Hvis det er både logiske kretser og lineære kretser på kretskortet, bør de skilles så mye som mulig. Jorden til lavfrekvenskretsen bør jordes parallelt på ett enkelt punkt så mye som mulig. Når selve ledningen er vanskelig, kan den delvis seriekobles og deretter jordes parallelt. Høyfrekvenskretsen skal jordes på flere punkter i serie, jordledningen skal være kort og leid, og den grid-lignende jordingsfolien med stort område skal brukes rundt høyfrekvente komponenten så mye som mulig.

(2) Jordingsledningen skal være så tykk som mulig. Hvis jordledningen bruker en veldig stram linje, endres jordpotensialet med endringen av strømmen, noe som reduserer antistøyytelsen. Derfor bør jordledningen fortykkes slik at den kan passere tre ganger den tillatte strømmen på kortet. Hvis mulig, bør jordingsledningen være 2~3 mm eller mer.

(3) Jordledningen danner en lukket sløyfe. For trykte kort som kun består av digitale kretser, er de fleste av jordingskretsene deres ordnet i sløyfer for å forbedre støymotstanden.

Signallinjedesign

For nøkkelsignallinjer, hvis kortet har et internt signalledningslag, bør nøkkelsignallinjene som klokker legges på det indre laget, og det foretrukne ledningslaget prioriteres. I tillegg må nøkkelsignallinjer ikke rutes over partisjonsområdet, inkludert referanseplangap forårsaket av vias og pads, ellers vil det føre til en økning i arealet til signalsløyfen. Og nøkkelsignallinjen bør være mer enn 3H fra kanten av referanseplanet (H er høyden på linjen fra referanseplanet) for å undertrykke kantstrålingseffekten. Hold dem borte fra grensesnittet og utgående signallinjer for klokkelinjer, busslinjer, radiofrekvenslinjer og andre sterke strålingssignallinjer og tilbakestillingssignallinjer, chipvalgsignallinjer, systemkontrollsignaler og andre sensitive signallinjer. Dette forhindrer at interferensen på den sterkt utstrålende signallinjen kobles til den utgående signallinjen og stråler utover; og unngår også den eksterne interferensen som bringes inn av grensesnittets utgående signallinje fra kopling til den sensitive signallinjen, noe som forårsaker systemfeil. Differensialsignallinjer skal være på samme lag, like lange og løpe parallelt, slik at impedansen holdes konsistent, og det skal ikke være andre ledninger mellom differensiallinjene. Fordi fellesmodusimpedansen til differensiallinjeparet er sikret å være lik, kan anti-interferensevnen forbedres. I henhold til ledningsreglene ovenfor, er den typiske kretskortkretsen til klimaanlegget forbedret og optimert.