Okrem výberu komponentov a dizajnu obvodov dobrý vytlačená obvodová doska Dizajn (PCB) je tiež veľmi dôležitým faktorom elektromagnetickej kompatibility. Kľúčom k návrhu EMC dosky plošných spojov je čo najviac zmenšiť oblasť pretavenia a nechať dráhu pretavenia prúdiť v smere návrhu. Najčastejšie problémy so spätným prúdom pochádzajú z prasklín v referenčnej rovine, zmeny vrstvy referenčnej roviny a signálu pretekajúceho cez konektor. Prepojovacie kondenzátory alebo oddeľovacie kondenzátory môžu vyriešiť niektoré problémy, ale je potrebné zvážiť celkovú impedanciu kondenzátorov, priechodov, podložiek a kabeláže. Táto prednáška predstaví technológiu návrhu DPS od EMC z troch aspektov: stratégia vrstvenia DPS, zručnosti rozloženia a pravidlá zapojenia.

Stratégia vrstvenia PCB

Hrúbka, proces a počet vrstiev v dizajne dosky plošných spojov nie sú kľúčom k riešeniu problému. Dobré vrstvené stohovanie má zabezpečiť obtok a oddelenie napájacej zbernice a minimalizovať prechodné napätie na napájacej vrstve alebo na zemnej vrstve. Kľúč k tieneniu elektromagnetického poľa signálu a napájania. Z pohľadu signálových stôp by dobrou stratégiou vrstvenia malo byť umiestnenie všetkých signálových stôp na jednu alebo niekoľko vrstiev a tieto vrstvy sú vedľa výkonovej vrstvy alebo základnej vrstvy. Pre napájanie by mala byť dobrá stratégia vrstvenia taká, že výkonová vrstva susedí so zemnou vrstvou a vzdialenosť medzi napájacou vrstvou a zemnou vrstvou je čo najmenšia. Toto nazývame stratégia „vrstvenia“. Nižšie si konkrétne povieme o výbornej stratégii vrstvenia PCB. 1. Rovina projekcie vrstvy vodičov by mala byť v oblasti vrstvy roviny pretavenia. Ak sa vrstva vodičov nenachádza v oblasti projekcie vrstvy roviny pretavenia, počas zapojenia sa mimo oblasti premietania vyskytnú signálne vedenia, čo spôsobí problém „vyžarovania okrajov“ a spôsobí aj zvýšenie oblasti signálovej slučky. , čo má za následok zvýšené vyžarovanie v diferenciálnom režime . 2. Pokúste sa vyhnúť nastaveniu susedných vrstiev vodičov. Pretože paralelné stopy signálu na susedných vrstvách vodičov môžu spôsobiť presluchy signálu, ak nie je možné vyhnúť sa susedným vrstvám vodičov, vzdialenosť vrstiev medzi dvoma vrstvami vodičov by sa mala primerane zväčšiť a vzdialenosť vrstiev medzi vrstvou vodiča a jej signálovým obvodom by mala byť znížiť. 3. Priľahlé rovinné vrstvy by sa mali vyhýbať prekrývaniu ich projekčných rovín. Pretože keď sa výstupky prekrývajú, väzbová kapacita medzi vrstvami spôsobí, že sa hluk medzi vrstvami navzájom spojí.

Viacvrstvový dizajn dosky

Keď hodinová frekvencia presiahne 5 MHz alebo čas nábehu signálu je kratší ako 5 ns, na dobré riadenie oblasti signálovej slučky sa vo všeobecnosti vyžaduje viacvrstvový dizajn dosky. Pri navrhovaní viacvrstvových dosiek by sa mala venovať pozornosť nasledujúcim zásadám: 1. Vrstva kľúčovej elektroinštalácie (vrstva, v ktorej je hodinová linka, zbernicová linka, signálová linka rozhrania, rádiofrekvenčná linka, resetovacia signálová linka, signálna linka výberu čipu a rôzne riadiace signály linky sú umiestnené) by mali byť priľahlé ku kompletnej základnej rovine, najlepšie medzi dvoma zemnými plochami, ako je znázornené na obrázku 1. Kľúčové signálne linky sú vo všeobecnosti silné vyžarovanie alebo extrémne citlivé signálové linky. Zapojenie v blízkosti základnej roviny môže zmenšiť oblasť signálovej slučky, znížiť intenzitu žiarenia alebo zlepšiť schopnosť proti rušeniu.

Obrázok 1 Vrstva vodičov kľúča je medzi dvoma zemnými rovinami

2. Napájacia rovina by mala byť zasunutá vzhľadom na susednú základnú rovinu (odporúčaná hodnota 5H～20H). Zatiahnutie výkonovej roviny vzhľadom na jej návratovú základnú rovinu môže účinne potlačiť problém „okrajového vyžarovania“.

Okrem toho by mala byť hlavná pracovná výkonová rovina dosky (najpoužívanejšia výkonová rovina) blízko jej základnej roviny, aby sa účinne zmenšila oblasť slučky napájacieho prúdu, ako je znázornené na obrázku 3.

Obrázok 3 Napájacia rovina by mala byť blízko základnej roviny

3. Či nie je signálna linka ≥50MHz na hornej a spodnej vrstve dosky. Ak áno, je najlepšie prejsť vysokofrekvenčný signál medzi dvoma rovinnými vrstvami, aby sa potlačilo jeho vyžarovanie do priestoru.

Jednovrstvová doska a dvojvrstvové prevedenie dosky

Pri návrhu jednovrstvových a dvojvrstvových dosiek je potrebné venovať pozornosť návrhu kľúčových signálnych vedení a elektrických vedení. Vedľa a rovnobežne s napájacou stopou musí byť uzemňovací vodič, aby sa zmenšila plocha napájacej prúdovej slučky. „Vodiaca uzemňovacia čiara“ by mala byť položená na oboch stranách kľúčového signálneho vedenia jednovrstvovej dosky, ako je znázornené na obrázku 4. Projekčná rovina kľúčového signálneho vedenia dvojvrstvovej dosky by mala mať veľkú plochu zeme. , alebo rovnakým spôsobom ako jednovrstvová doska, navrhnite „vodiacu zemniacu líniu“, ako je znázornené na obrázku 5. „ochranný uzemňovací vodič“ na oboch stranách kľúčového signálneho vedenia môže na jednej strane zmenšiť oblasť signálovej slučky, a tiež zabrániť presluchu medzi signálnym vedením a inými signálnymi vedeniami.

Vo všeobecnosti možno vrstvenie dosky plošných spojov navrhnúť podľa nasledujúcej tabuľky.

Zručnosť rozloženia PCB

Pri navrhovaní rozloženia dosky plošných spojov plne dodržujte princíp návrhu umiestnenia v priamej línii pozdĺž smeru toku signálu a snažte sa vyhnúť slučke tam a späť, ako je znázornené na obrázku 6. Môžete sa tak vyhnúť priamej väzbe signálu a ovplyvniť kvalitu signálu. Okrem toho, aby sa zabránilo vzájomnému rušeniu a prepojeniu medzi obvodmi a elektronickými komponentmi, umiestnenie obvodov a rozmiestnenie komponentov by sa malo riadiť nasledujúcimi zásadami:

1. Ak je na doske navrhnuté rozhranie „čistej zeme“, filtračné a izolačné komponenty by mali byť umiestnené v izolačnom pásme medzi „čistou zemou“ a pracovnou zemou. To môže zabrániť tomu, aby sa filtračné alebo izolačné zariadenia navzájom spojili cez rovinnú vrstvu, čo oslabuje účinok. Okrem toho na „čistú zem“ okrem filtračných a ochranných zariadení nemožno umiestniť žiadne iné zariadenia. 2. Keď je viacero modulových obvodov umiestnených na rovnakej doske plošných spojov, digitálne obvody a analógové obvody a vysokorýchlostné a nízkorýchlostné obvody by mali byť usporiadané oddelene, aby sa zabránilo vzájomnému rušeniu medzi digitálnymi obvodmi, analógovými obvodmi, vysokorýchlostnými obvodmi a nízkorýchlostné okruhy. Okrem toho, keď sú na doske s plošnými spojmi súčasne vysoko, stredne a nízkorýchlostné obvody, aby sa zabránilo vyžarovaniu vysokofrekvenčného šumu obvodu smerom von cez rozhranie.

3. Filtračný obvod vstupného napájacieho portu dosky plošných spojov by mal byť umiestnený blízko rozhrania, aby sa zabránilo opätovnému prepojeniu filtrovaného obvodu.

Obrázok 8 Filtračný obvod napájacieho portu by mal byť umiestnený blízko rozhrania

4. Filtračné, ochranné a izolačné komponenty obvodu rozhrania sú umiestnené v blízkosti rozhrania, ako je znázornené na obrázku 9, čím možno účinne dosiahnuť účinky ochrany, filtrovania a izolácie. Ak je na rozhraní filter aj ochranný obvod, treba dodržať zásadu najskôr ochrany a potom filtrovania. Pretože sa ochranný obvod používa na externé potlačenie prepätia a nadprúdu, ak je ochranný obvod umiestnený za obvodom filtra, obvod filtra sa poškodí prepätím a nadprúdom. Okrem toho, keďže vstupné a výstupné vedenia obvodu oslabia filtračný, izolačný alebo ochranný efekt, keď sú navzájom spojené, zaistite, aby vstupné a výstupné vedenia filtračného obvodu (filtra), izolačného a ochranného obvodu pár sa navzájom počas rozloženia.

5. Citlivé obvody alebo zariadenia (ako sú resetovacie obvody atď.) by mali byť vzdialené najmenej 1000 mil od každého okraja dosky, najmä od okraja rozhrania dosky.

6. Skladovanie energie a vysokofrekvenčné filtračné kondenzátory by mali byť umiestnené v blízkosti obvodov jednotky alebo zariadení s veľkými zmenami prúdu (ako sú vstupné a výstupné svorky napájacieho modulu, ventilátory a relé), aby sa zmenšila oblasť slučky veľká prúdová slučka.

7. Komponenty filtra musia byť umiestnené vedľa seba, aby sa zabránilo opätovnému rušeniu filtrovaného okruhu.

8. Zariadenia so silným vyžarovaním, ako sú kryštály, kryštálové oscilátory, relé a spínané napájacie zdroje, držte vo vzdialenosti najmenej 1000 mil od konektorov rozhrania dosky. Týmto spôsobom môže byť rušenie vyžarované priamo alebo môže byť prúd spojený s odchádzajúcim káblom, aby vyžaroval smerom von.

Pravidlá zapojenia PCB

Okrem výberu komponentov a dizajnu obvodov je veľmi dôležitým faktorom elektromagnetickej kompatibility aj dobré zapojenie dosky plošných spojov (PCB). Keďže PCB je neoddeliteľnou súčasťou systému, zlepšenie elektromagnetickej kompatibility v zapojení PCB neprinesie dodatočné náklady na konečnú realizáciu produktu. Každý by si mal pamätať, že zlé rozloženie PCB môže spôsobiť viac problémov s elektromagnetickou kompatibilitou, ako ich odstrániť. V mnohých prípadoch tieto problémy nevyrieši ani pridanie filtrov a komponentov. Nakoniec bolo treba prepojiť celú dosku. Preto je to nákladovo najefektívnejší spôsob, ako si na začiatku rozvinúť dobré návyky zapojenia PCB. Nasleduje predstavenie niektorých všeobecných pravidiel zapojenia PCB a stratégií návrhu elektrických vedení, uzemňovacích vedení a signálnych vedení. Nakoniec, podľa týchto pravidiel, sú navrhnuté zlepšovacie opatrenia pre typický obvod dosky plošných spojov klimatizácie. 1. Oddelenie vodičov Funkciou oddelenia vodičov je minimalizovať presluchy a šumovú väzbu medzi susednými obvodmi v rovnakej vrstve PCB. Špecifikácia 3W uvádza, že všetky signály (hodiny, video, zvuk, reset atď.) musia byť izolované od linky k linke, od okraja k okraju, ako je znázornené na obrázku 10. Aby sa ďalej znížila magnetická väzba, referenčná zem je umiestnené v blízkosti kľúčového signálu, aby sa izoloval väzbový šum generovaný inými signálnymi vedeniami.

2. Nastavenie ochrany a paralelného vedenia Prevodník a ochranné vedenie je veľmi efektívna metóda na izoláciu a ochranu kľúčových signálov, ako sú signály systémových hodín v hlučnom prostredí. Na obrázku 21 je paralelný alebo ochranný obvod v doske plošných spojov položený pozdĺž obvodu kľúčového signálu. Ochranný obvod nielen izoluje väzbový magnetický tok generovaný inými signálnymi vedeniami, ale tiež izoluje kľúčové signály od väzby s inými signálnymi vedeniami. Rozdiel medzi bočným vedením a ochranným vedením je v tom, že bočné vedenie nemusí byť ukončené (spojené so zemou), ale oba konce ochranného vedenia musia byť spojené so zemou. Aby sa ďalej obmedzila väzba, môže byť ochranný obvod vo viacvrstvovej doske plošných spojov pridaný s cestou k zemi každý druhý segment.

3. Návrh elektrického vedenia je založený na veľkosti prúdu dosky s plošnými spojmi a šírka elektrického vedenia je čo najhrubšia, aby sa znížil odpor slučky. Zároveň zosúlaďte smer elektrického vedenia a uzemňovacieho vedenia so smerom prenosu dát, čo pomáha zvýšiť protihlukovú schopnosť. V jednoduchom alebo dvojitom paneli, ak je elektrické vedenie veľmi dlhé, by mal byť k zemi pridaný oddeľovací kondenzátor každých 3000 mil a hodnota kondenzátora je 10uF+1000pF.

Dizajn uzemňovacieho drôtu

Zásady konštrukcie uzemňovacieho drôtu sú:

(1) Digitálne uzemnenie je oddelené od analógového. Ak sú na doske s plošnými spojmi logické obvody aj lineárne obvody, mali by byť čo najviac oddelené. Zem nízkofrekvenčného obvodu by mala byť čo najviac uzemnená paralelne v jednom bode. Keď je skutočné zapojenie ťažké, môže byť čiastočne zapojené do série a potom uzemnené paralelne. Vysokofrekvenčný obvod by mal byť uzemnený vo viacerých bodoch v sérii, uzemňovací vodič by mal byť krátky a prenajatý a okolo vysokofrekvenčného komponentu by mala byť čo najviac použitá mriežková veľkoplošná zemná fólia.

(2) Uzemňovací vodič by mal byť čo najhrubší. Ak zemniaci vodič používa veľmi tesné vedenie, zemný potenciál sa mení so zmenou prúdu, čo znižuje protihlukový výkon. Preto by mal byť uzemňovací vodič zahustený tak, aby mohol prechádzať trojnásobkom prípustného prúdu na doske s plošnými spojmi. Ak je to možné, uzemňovací vodič by mal byť 2~3 mm alebo viac.

(3) Uzemňovací vodič tvorí uzavretú slučku. V prípade dosiek plošných spojov zložených iba z digitálnych obvodov je väčšina ich uzemňovacích obvodov usporiadaná v slučkách, aby sa zlepšila odolnosť voči hluku.

Dizajn signálnej linky

V prípade kľúčových signálnych vedení, ak má doska internú signálnu vrstvu vodičov, kľúčové signálové vedenia, ako sú hodiny, by mali byť položené na vnútornej vrstve a priorita sa dáva preferovanej vrstve vodičov. Okrem toho kľúčové signálne vedenia nesmú byť vedené cez oblasť oddielu, vrátane medzier v referenčnej rovine spôsobených priechodmi a podložkami, inak to povedie k zväčšeniu oblasti signálovej slučky. A čiara kľúčového signálu by mala byť viac ako 3H od okraja referenčnej roviny (H je výška čiary od referenčnej roviny), aby sa potlačil efekt okrajového žiarenia. V prípade hodinových liniek, zbernicových liniek, vysokofrekvenčných liniek a iných liniek so silným vyžarovaním a resetovacích signálnych liniek, signálových liniek na výber čipu, systémových riadiacich signálov a iných citlivých liniek signálu ich držte ďalej od rozhrania a odchádzajúcich signálnych liniek. Tým sa zabráni tomu, aby sa rušenie na silnom vyžarujúcom signálovom vedení spojilo s výstupným signálovým vedením a vyžarovalo smerom von; a tiež zabraňuje vonkajšiemu rušeniu spôsobenému výstupným signálovým vedením rozhrania zo spojenia s citlivým signálovým vedením, čo spôsobuje nesprávne fungovanie systému. Diferenciálne signálové vedenia by mali byť na rovnakej vrstve, rovnakej dĺžky a bežať paralelne, aby bola impedancia konzistentná, a medzi diferenciálnymi vedeniami by nemali byť žiadne iné vedenia. Pretože je zaistená rovnaká impedancia spoločného módu páru diferenciálneho vedenia, jeho schopnosť proti rušeniu sa môže zlepšiť. Podľa vyššie uvedených pravidiel zapojenia je typický obvod dosky plošných spojov klimatizácie vylepšený a optimalizovaný.