Oprócz doboru komponentów i projektowania obwodów, dobre Płytka drukowana (PCB) konstrukcja jest również bardzo ważnym czynnikiem kompatybilności elektromagnetycznej. Kluczem do projektowania PCB EMC jest zmniejszenie obszaru ponownego przepływu tak bardzo, jak to możliwe i umożliwienie przepływu ścieżki przepływu w kierunku projektu. Najczęstsze problemy z prądem powrotnym wynikają z pęknięć w płaszczyźnie odniesienia, zmiany warstwy płaszczyzny odniesienia i sygnału przepływającego przez złącze. Kondensatory zworkowe lub kondensatory odsprzęgające mogą rozwiązać niektóre problemy, ale należy wziąć pod uwagę ogólną impedancję kondensatorów, przelotek, padów i okablowania. Ten wykład przedstawi technologię projektowania PCB EMC z trzech aspektów: strategii układania warstw PCB, umiejętności układania i zasad okablowania.

Strategia nakładania warstw na PCB

Grubość w procesie i liczba warstw w projekcie płytki drukowanej nie są kluczem do rozwiązania problemu. Dobre układanie warstwowe ma zapewnić obejście i odłączenie szyny zasilającej oraz zminimalizować napięcie przejściowe w warstwie mocy lub warstwie uziemienia. Klucz do ekranowania pola elektromagnetycznego sygnału i zasilania. Z perspektywy śladów sygnału dobrą strategią warstwowania powinno być umieszczenie wszystkich śladów sygnału na jednej lub kilku warstwach, a warstwy te znajdują się obok warstwy mocy lub warstwy uziemienia. W przypadku zasilacza dobrą strategią warstwowania powinno być to, aby warstwa mocy przylegała do warstwy uziemienia, a odległość między warstwą mocy a warstwą uziemienia była jak najmniejsza. To właśnie nazywamy strategią „warstwowania”. Poniżej omówimy konkretnie doskonałą strategię nakładania warstw na PCB. 1. Płaszczyzna rzutu warstwy okablowania powinna znajdować się w obszarze warstwy płaszczyzny rozpływu. Jeśli warstwa okablowania nie znajduje się w obszarze projekcji warstwy płaszczyzny rozpływu, podczas okablowania pojawią się linie sygnałowe poza obszarem projekcji, co spowoduje problem „promieniowania krawędzi”, a także spowoduje zwiększenie obszaru pętli sygnału , co skutkuje zwiększonym promieniowaniem w trybie różnicowym . 2. Staraj się unikać układania sąsiednich warstw okablowania. Ponieważ równoległe ślady sygnału na sąsiednich warstwach okablowania mogą powodować przesłuchy sygnału, jeśli nie można uniknąć sąsiednich warstw okablowania, odstęp między warstwami między dwiema warstwami okablowania powinien zostać odpowiednio zwiększony, a odstęp między warstwami okablowania a jego obwodem sygnałowym powinien być zredukowanym. 3. Sąsiednie warstwy płaszczyzn powinny unikać nakładania się ich płaszczyzn rzutowania. Ponieważ gdy występy zachodzą na siebie, pojemność sprzęgająca między warstwami spowoduje, że szum między warstwami będzie się łączyć ze sobą.

Wielowarstwowa konstrukcja płyty

Gdy częstotliwość zegara przekracza 5 MHz lub czas narastania sygnału jest krótszy niż 5 ns, aby dobrze kontrolować obszar pętli sygnału, zazwyczaj wymagana jest wielowarstwowa konstrukcja płyty. Podczas projektowania płyt wielowarstwowych należy zwrócić uwagę na następujące zasady: 1. Warstwa kluczowego okablowania (warstwa, w której linia zegara, linia magistrali, linia sygnału interfejsu, linia częstotliwości radiowej, linia sygnału resetowania, linia sygnału wyboru chipa i różne sygnały sterujące są umieszczone) powinny przylegać do całej płaszczyzny uziemienia, najlepiej pomiędzy dwiema płaszczyznami uziemienia, tak jak pokazano na rysunku 1. Kluczowe linie sygnałowe to na ogół linie sygnałowe o silnym promieniowaniu lub bardzo czułe. Okablowanie blisko płaszczyzny uziemienia może zmniejszyć obszar pętli sygnału, zmniejszyć intensywność promieniowania lub poprawić zdolność przeciwzakłóceniową.

Rysunek 1 Kluczowa warstwa okablowania znajduje się między dwiema płaszczyznami uziemienia

2. Płaszczyzna zasilania powinna być schowana w stosunku do sąsiedniej płaszczyzny uziemienia (zalecana wartość 5H～20H). Cofanie płaszczyzny zasilania w stosunku do płaszczyzny uziemienia powrotnego może skutecznie tłumić problem „promieniowania krawędziowego”.

Ponadto główna robocza płaszczyzna zasilania płyty (najczęściej stosowana płaszczyzna zasilania) powinna znajdować się blisko jej płaszczyzny uziemienia, aby skutecznie zmniejszyć obszar pętli prądu zasilania, jak pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3 Płaszczyzna zasilania powinna znajdować się blisko płaszczyzny uziemienia

3. Czy na górnej i dolnej warstwie płyty nie ma linii sygnału ≥50MHz. Jeśli tak, najlepiej jest przenosić sygnał o wysokiej częstotliwości między dwiema warstwami płaszczyzn, aby stłumić jego promieniowanie w przestrzeni.

Deska jednowarstwowa i deska dwuwarstwowa

Przy projektowaniu płyt jednowarstwowych i dwuwarstwowych należy zwrócić uwagę na projektowanie kluczowych linii sygnałowych i linii energetycznych. Obok i równolegle do ścieżki zasilania musi znajdować się przewód uziemiający, aby zmniejszyć obszar pętli prądowej zasilania. „Guide Ground Line” należy ułożyć po obu stronach kluczowej linii sygnałowej płyty jednowarstwowej, jak pokazano na rysunku 4. Płaszczyzna rzutu kluczowej linii sygnałowej płyty dwuwarstwowej powinna mieć dużą powierzchnię podłoża , lub tą samą metodą, co płytka jednowarstwowa, zaprojektuj „Prowadzącą linię uziemiającą”, jak pokazano na rysunku 5. „Przewód ochronny” po obu stronach kluczowej linii sygnałowej może z jednej strony zmniejszyć obszar pętli sygnału, a także zapobiegać przesłuchom między linią sygnałową a innymi liniami sygnałowymi.

Ogólnie, warstwowanie płytki PCB można zaprojektować zgodnie z poniższą tabelą.

Umiejętności układania PCB

Podczas projektowania układu PCB należy w pełni przestrzegać zasady projektowania umieszczania w linii prostej wzdłuż kierunku przepływu sygnału i starać się unikać zapętlania się tam iz powrotem, jak pokazano na rysunku 6. Może to uniknąć bezpośredniego sprzężenia sygnału i wpłynąć na jakość sygnału. Ponadto, aby zapobiec wzajemnym interferencjom i sprzężeniu między obwodami a elementami elektronicznymi, rozmieszczenie obwodów i rozmieszczenie elementów powinny być zgodne z następującymi zasadami:

1. Jeśli na płycie zaprojektowano interfejs „czystego uziemienia”, elementy filtrujące i izolujące należy umieścić na taśmie izolacyjnej między „czystym uziemieniem” a uziemieniem roboczym. Może to zapobiec sprzężeniu się urządzeń filtrujących lub izolujących przez warstwę planarną, co osłabia efekt. Ponadto na „czystym gruncie” poza urządzeniami filtrującymi i zabezpieczającymi nie można postawić żadnych innych urządzeń. 2. Gdy wiele obwodów modułu jest umieszczonych na tej samej płytce drukowanej, obwody cyfrowe i obwody analogowe oraz obwody o dużej i niskiej prędkości powinny być ułożone oddzielnie, aby uniknąć wzajemnych zakłóceń między obwodami cyfrowymi, obwodami analogowymi, obwodami o dużej prędkości i obwody wolnoobrotowe. Ponadto, gdy na płytce drukowanej znajdują się jednocześnie obwody o wysokiej, średniej i niskiej prędkości, aby zapobiec promieniowaniu szumów o wysokiej częstotliwości na zewnątrz przez interfejs.

3. Obwód filtra portu wejściowego zasilania płytki drukowanej powinien być umieszczony blisko interfejsu, aby zapobiec ponownemu połączeniu filtrowanego obwodu.

Rysunek 8 Obwód filtra portu wejściowego zasilania powinien być umieszczony blisko interfejsu;

4. Elementy filtrujące, zabezpieczające i izolujące obwodu interfejsu są umieszczone blisko interfejsu, jak pokazano na rysunku 9, co może skutecznie osiągnąć efekty ochrony, filtrowania i izolacji. Jeśli na interfejsie znajduje się zarówno filtr, jak i obwód ochronny, należy przestrzegać zasady najpierw ochrony, a następnie filtrowania. Ponieważ obwód ochronny jest używany do tłumienia zewnętrznego przepięcia i przetężenia, jeśli obwód ochronny zostanie umieszczony za obwodem filtra, obwód filtra zostanie uszkodzony przez przepięcie i przetężenie. Ponadto, ponieważ linie wejściowe i wyjściowe obwodu osłabią efekt filtrowania, izolacji lub ochrony, gdy są ze sobą sprzężone, należy upewnić się, że linie wejściowe i wyjściowe obwodu filtra (filtra), izolacji i obwodu ochronnego nie sparuj ze sobą podczas układu.

5. Wrażliwe obwody lub urządzenia (takie jak obwody resetowania itp.) powinny znajdować się w odległości co najmniej 1000 mil od każdej krawędzi płytki, zwłaszcza krawędzi interfejsu płytki.

6. Kondensatory do magazynowania energii i filtry wysokiej częstotliwości powinny być umieszczone w pobliżu obwodów jednostki lub urządzeń o dużych zmianach prądu (takich jak zaciski wejściowe i wyjściowe modułu mocy, wentylatory i przekaźniki), aby zmniejszyć obszar pętli duża pętla prądowa.

7. Elementy filtra muszą być umieszczone obok siebie, aby zapobiec ponownemu zakłóceniu filtrowanego obwodu.

8. Utrzymuj urządzenia o silnym promieniowaniu, takie jak kryształy, oscylatory kwarcowe, przekaźniki i zasilacze impulsowe w odległości co najmniej 1000 mil od złączy interfejsu płyty. W ten sposób zakłócenia mogą być wypromieniowane bezpośrednio lub prąd może być sprzężony z wychodzącym kablem w celu wypromieniowania na zewnątrz.

Zasady okablowania PCB

Oprócz doboru komponentów i projektu obwodu, dobre okablowanie płytki drukowanej (PCB) jest również bardzo ważnym czynnikiem kompatybilności elektromagnetycznej. Ponieważ płytka drukowana jest nieodłącznym elementem systemu, zwiększenie kompatybilności elektromagnetycznej w okablowaniu PCB nie spowoduje dodatkowych kosztów w końcowym wykończeniu produktu. Każdy powinien pamiętać, że kiepski układ PCB może powodować więcej problemów z kompatybilnością elektromagnetyczną, a nie je eliminować. W wielu przypadkach nawet dodanie filtrów i komponentów nie rozwiąże tych problemów. W końcu cała tablica musiała zostać ponownie okablowana. Dlatego jest to najbardziej opłacalny sposób na wypracowanie na początku dobrych nawyków związanych z okablowaniem PCB. Poniżej przedstawiono ogólne zasady okablowania PCB i strategie projektowania linii energetycznych, linii uziemiających i linii sygnałowych. Wreszcie, zgodnie z tymi zasadami, zaproponowano środki usprawniające dla typowego obwodu drukowanego klimatyzatora. 1. Separacja okablowania Funkcją separacji okablowania jest zminimalizowanie przesłuchów i sprzężenia szumów pomiędzy sąsiednimi obwodami w tej samej warstwie PCB. Specyfikacja 3W stwierdza, że ​​wszystkie sygnały (zegar, wideo, audio, reset itp.) muszą być izolowane od linii do linii, od krawędzi do krawędzi, jak pokazano na rysunku 10. W celu dalszego zmniejszenia sprzężenia magnetycznego, uziemienie odniesienia jest umieszczony w pobliżu sygnału klucza, aby odizolować szum sprzężenia generowany przez inne linie sygnałowe.

2. Zabezpieczenie i ustawienie linii bocznikowej Bocznik i linia ochronna to bardzo skuteczna metoda izolowania i ochrony kluczowych sygnałów, takich jak sygnały zegara systemowego w hałaśliwym otoczeniu. Na rysunku 21 obwód równoległy lub ochronny w płytce drukowanej jest ułożony wzdłuż obwodu sygnału klucza. Obwód ochronny nie tylko izoluje sprzęgający strumień magnetyczny generowany przez inne linie sygnałowe, ale także izoluje kluczowe sygnały od sprzężenia z innymi liniami sygnałowymi. Różnica między linią bocznikową a linią ochronną polega na tym, że linia bocznikowa nie musi być zakończona (podłączona do ziemi), ale oba końce linii ochronnej muszą być połączone z ziemią. Aby jeszcze bardziej zredukować sprzężenie, obwód ochronny w wielowarstwowej płytce drukowanej można dodać ze ścieżką do ziemi co drugi segment.

3. Konstrukcja linii zasilającej jest oparta na wielkości prądu płytki drukowanej, a szerokość linii energetycznej jest tak gruba, jak to możliwe, aby zmniejszyć rezystancję pętli. Jednocześnie upewnij się, że kierunek linii energetycznej i linii naziemnej jest zgodny z kierunkiem transmisji danych, co pomaga zwiększyć zdolność przeciwhałasową. W panelu pojedynczym lub podwójnym, jeśli linia zasilania jest bardzo długa, kondensator odsprzęgający należy dołożyć do ziemi co 3000 mil, a wartość kondensatora wynosi 10uF+1000pF.

Konstrukcja przewodu uziemiającego

Zasady projektowania przewodów uziemiających to:

(1) Uziemienie cyfrowe jest oddzielone od masy analogowej. Jeśli na płytce drukowanej znajdują się zarówno obwody logiczne, jak i obwody liniowe, powinny być one możliwie jak najbardziej odseparowane. Uziemienie obwodu niskiej częstotliwości powinno być uziemione równolegle w jednym punkcie, o ile to możliwe. Gdy rzeczywiste okablowanie jest trudne, można je częściowo połączyć szeregowo, a następnie uziemić równolegle. Obwód wysokiej częstotliwości powinien być uziemiony w wielu punktach połączonych szeregowo, przewód uziemiający powinien być zwarty i wydzierżawiony, a folia uziemiająca o dużej powierzchni w postaci siatki powinna być używana w miarę możliwości wokół elementu wysokiej częstotliwości.

(2) Przewód uziemiający powinien być jak najgrubszy. Jeśli przewód uziemiający wykorzystuje bardzo napiętą linię, potencjał uziemienia zmienia się wraz ze zmianą prądu, co zmniejsza skuteczność przeciwzakłóceniową. Dlatego przewód uziemiający powinien być pogrubiony, aby mógł przepuszczać trzykrotność dopuszczalnego prądu na płytce drukowanej. Jeśli to możliwe, przewód uziemiający powinien mieć 2~3 mm lub więcej.

(3) Przewód uziemiający tworzy zamkniętą pętlę. W przypadku płytek drukowanych składających się wyłącznie z obwodów cyfrowych większość ich obwodów uziemiających jest ułożona w pętle w celu poprawy odporności na zakłócenia.

Projekt linii sygnału

W przypadku kluczowych linii sygnałowych, jeśli płyta ma wewnętrzną warstwę okablowania sygnałowego, kluczowe linie sygnałowe, takie jak zegary, powinny być ułożone w warstwie wewnętrznej, a pierwszeństwo ma preferowana warstwa okablowania. Ponadto kluczowe linie sygnałowe nie mogą być prowadzone przez obszar partycji, w tym szczeliny płaszczyzny odniesienia spowodowane przez przelotki i pady, w przeciwnym razie doprowadzi to do zwiększenia obszaru pętli sygnałowej. A kluczowa linia sygnału powinna znajdować się więcej niż 3H od krawędzi płaszczyzny odniesienia (H jest wysokością linii od płaszczyzny odniesienia), aby stłumić efekt promieniowania krawędzi. W przypadku linii zegarowych, linii autobusowych, linii częstotliwości radiowych i innych linii sygnału silnego promieniowania oraz linii sygnału resetowania, linii sygnałowych wyboru chipów, sygnałów sterujących systemu i innych wrażliwych linii sygnałowych, trzymaj je z dala od interfejsu i wychodzących linii sygnałowych. Zapobiega to sprzęganiu się silnej linii sygnału promieniującego z wychodzącą linią sygnału i promieniowaniu na zewnątrz; a także pozwala uniknąć zewnętrznych zakłóceń wprowadzanych przez wychodzącą linię sygnałową interfejsu z połączenia z wrażliwą linią sygnałową, powodując nieprawidłowe działanie systemu. Linie sygnału różnicowego powinny znajdować się w tej samej warstwie, równej długości i przebiegać równolegle, zachowując stałą impedancję, a między liniami różnicowymi nie powinno być żadnych innych przewodów. Ponieważ impedancja sygnału wspólnego pary linii różnicowych jest równa, można poprawić jej zdolność przeciwzakłóceniową. Zgodnie z powyższymi zasadami dotyczącymi okablowania, typowy obwód płytki drukowanej klimatyzatora został ulepszony i zoptymalizowany.