Förutom urvalet av komponenter och kretsdesign, bra kretskort (PCB) design är också en mycket viktig faktor för elektromagnetisk kompatibilitet. Nyckeln till PCB EMC-design är att reducera återflödesarean så mycket som möjligt och låta återflödesvägen flyta i designens riktning. De vanligaste returströmproblemen kommer från sprickor i referensplanet, förändring av referensplanets skikt och signalen som flödar genom kontakten. Bygelkondensatorer eller avkopplingskondensatorer kan lösa vissa problem, men den totala impedansen för kondensatorer, vias, pads och ledningar måste beaktas. Denna föreläsning kommer att introducera EMC:s PCB-designteknik från tre aspekter: PCB-lagerstrategi, layoutkunskaper och ledningsregler.

PCB-skiktningsstrategi

Tjockleken, via processen och antalet lager i kretskortsdesignen är inte nyckeln till att lösa problemet. Bra skiktad stapling är att säkerställa bypass och frånkoppling av kraftbussen och minimera den transienta spänningen på kraftskiktet eller jordskiktet. Nyckeln till att skärma det elektromagnetiska fältet av signalen och strömförsörjningen. Ur signalspårens perspektiv bör en bra skiktningsstrategi vara att lägga alla signalspår på ett eller flera skikt, och dessa skikt ligger bredvid kraftskiktet eller markskiktet. För strömförsörjningen bör en bra skiktningsstrategi vara att strömskiktet ligger i anslutning till jordskiktet, och avståndet mellan strömskiktet och jordskiktet är så litet som möjligt. Detta är vad vi kallar “skiktningsstrategin”. Nedan kommer vi specifikt att prata om den utmärkta PCB-skiktningsstrategin. 1. Projektionsplanet för ledningsskiktet bör vara i dess återflödesplana skiktområde. Om ledningsskiktet inte är i projektionsområdet för återflödesplanskiktet, kommer det att finnas signallinjer utanför projektionsområdet under ledningsdragningen, vilket kommer att orsaka “kantstrålningsproblemet”, och kommer också att göra att signalslingans yta ökar , vilket resulterar i ökad differentialmodstrålning . 2. Försök att undvika att sätta upp intilliggande ledningsskikt. Eftersom parallella signalspår på intilliggande ledningsskikt kan orsaka signalöverhörning, om det är omöjligt att undvika de intilliggande ledningsskikten, bör skiktavståndet mellan de två ledningsskikten ökas på lämpligt sätt, och skiktavståndet mellan ledningsskiktet och dess signalkrets bör minskas. 3. Intilliggande plana lager bör undvika överlappning av deras projektionsplan. För när utsprången överlappar varandra kommer kopplingskapacitansen mellan skikten att göra att bruset mellan skikten kopplas samman.

Multilayer board design

När klockfrekvensen överstiger 5 MHz, eller signalens stigtid är mindre än 5 ns, krävs i allmänhet en flerskiktskortdesign för att kontrollera signalslingområdet väl. Följande principer bör uppmärksammas vid design av flerskiktskort: 1. Nyckelledningsskiktet (skiktet där klocklinjen, busslinjen, gränssnittssignallinjen, radiofrekvenslinjen, återställningssignallinjen, chipvalssignallinjen och olika styrsignaler linjer finns) bör ligga intill hela jordplanet, helst mellan de två jordplanen, såsom visas i figur 1. Nyckelsignallinjerna är i allmänhet stark strålning eller extremt känsliga signallinjer. Ledningar nära jordplanet kan minska arean av signalslingan, minska strålningsintensiteten eller förbättra anti-interferensförmågan.

Figur 1 Nyckelskiktet är mellan de två jordplanen

2. Kraftplanet ska dras tillbaka i förhållande till dess intilliggande jordplan (rekommenderat värde 5H~20H). Indragningen av kraftplanet i förhållande till dess returjordplan kan effektivt undertrycka problemet med “kantstrålning”.

Dessutom bör kortets huvudsakliga arbetskraftplan (det mest använda kraftplanet) vara nära dess jordplan för att effektivt minska slingområdet för strömförsörjningsströmmen, som visas i figur 3.

Figur 3 Kraftplanet ska vara nära dess jordplan

3. Om det inte finns någon signallinje ≥50MHz på kortets TOP och BOTTOM skikt. Om så är fallet är det bäst att gå den högfrekventa signalen mellan de två plana skikten för att undertrycka dess strålning till rymden.

Enkellagerbräda och dubbellagerbräda design

För utformningen av en- och dubbellagerbrädor bör utformningen av nyckelsignalledningar och kraftledningar uppmärksammas. Det måste finnas en jordledning bredvid och parallell med strömspåret för att minska arean av strömslingan. “Guide Ground Line” ska läggas på båda sidor av nyckelsignallinjen på enkelskiktskortet, som visas i figur 4. Nyckelsignallinjens projektionsplan för dubbelskiktskortet ska ha en stor markyta , eller samma metod som enkelskiktskortet, designa “Guide Ground Line”, som visas i figur 5. “Guide Ground Line” på båda sidor om nyckelsignallinjen kan å ena sidan minska signalslingans area, och förhindrar även överhörning mellan signallinjen och andra signallinjer.

I allmänhet kan skiktningen av PCB-kortet utformas enligt följande tabell.

PCB layout färdigheter

När du designar PCB-layouten, följ designprincipen att placera i en rak linje längs signalflödesriktningen, och försök att undvika att loopa fram och tillbaka, som visas i figur 6. Detta kan undvika direkt signalkoppling och påverka signalkvaliteten. Dessutom, för att förhindra ömsesidig störning och koppling mellan kretsar och elektroniska komponenter, bör placeringen av kretsar och utformningen av komponenter följa följande principer:

1. Om ett “ren jord”-gränssnitt är utformat på kortet, bör filtrerings- och isoleringskomponenterna placeras på isoleringsbandet mellan “ren jord” och arbetsmarken. Detta kan förhindra att filtrerings- eller isoleringsanordningarna kopplas till varandra genom det plana lagret, vilket försvagar effekten. Dessutom, på den “rena marken”, förutom filtrerings- och skyddsanordningar, kan inga andra anordningar placeras. 2. När flera modulkretsar är placerade på samma PCB, bör digitala kretsar och analoga kretsar och höghastighets- och låghastighetskretsar utformas separat för att undvika ömsesidig interferens mellan digitala kretsar, analoga kretsar, höghastighetskretsar och låghastighetskretsar. Dessutom, när hög-, medel- och låghastighetskretsar finns på kretskortet samtidigt, för att förhindra att högfrekvent kretsbrus strålar ut genom gränssnittet.

3. Filterkretsen för strömingångsporten på kretskortet bör placeras nära gränssnittet för att förhindra att kretsen som har filtrerats kopplas ihop igen.

Figur 8 Filterkretsen för strömingångsporten ska placeras nära gränssnittet

4. Gränssnittskretsens filtrerings-, skydds- och isoleringskomponenter är placerade nära gränssnittet, som visas i figur 9, vilket effektivt kan uppnå effekterna av skydd, filtrering och isolering. Om det finns både ett filter och en skyddskrets vid gränssnittet, bör principen om först skydd och sedan filtrering följas. Eftersom skyddskretsen används för extern överspänning och överströmsdämpning, om skyddskretsen placeras efter filterkretsen, kommer filterkretsen att skadas av överspänning och överström. Dessutom, eftersom kretsens in- och utgångsledningar kommer att försvaga filtrerings-, isolerings- eller skyddseffekten när de är kopplade till varandra, se till att in- och utgångsledningarna för filterkretsen (filtret), isolerings- och skyddskretsen inte gör det koppla ihop med varandra under layout.

5. Känsliga kretsar eller enheter (såsom återställningskretsar, etc.) bör vara minst 1000 mil bort från varje kant av kortet, speciellt kanten på kortets gränssnitt.

6. Energilagring och högfrekventa filterkondensatorer bör placeras nära enhetens kretsar eller enheter med stora strömförändringar (som strömmodulens ingångs- och utgångsterminaler, fläktar och reläer) för att minska slingarean på stor strömslinga.

7. Filterkomponenterna måste placeras sida vid sida för att förhindra att den filtrerade kretsen störs igen.

8. Håll starka strålningsanordningar som kristaller, kristalloscillatorer, reläer och strömförsörjning minst 1000 mil bort från kortets gränssnittskontakter. På så sätt kan störningen utstrålas direkt eller så kan strömmen kopplas till den utgående kabeln för att stråla utåt.

PCB-ledningsregler

Förutom valet av komponenter och kretsdesign är bra ledningar för kretskort (PCB) också en mycket viktig faktor för elektromagnetisk kompatibilitet. Eftersom PCB är en inneboende komponent i systemet, kommer en förbättrad elektromagnetisk kompatibilitet i PCB-ledningar inte att medföra ytterligare kostnader för det slutliga färdigställandet av produkten. Vem som helst bör komma ihåg att en dålig PCB-layout kan orsaka fler elektromagnetiska kompatibilitetsproblem, snarare än att eliminera dem. I många fall kan inte ens tillägg av filter och komponenter lösa dessa problem. Till slut fick hela brädet dras om. Därför är det det mest kostnadseffektiva sättet att utveckla bra PCB-ledningsvanor i början. Följande kommer att introducera några allmänna regler för PCB-ledningar och designstrategier för kraftledningar, jordledningar och signalledningar. Slutligen, enligt dessa regler, föreslås förbättringsåtgärder för luftkonditioneringsapparatens typiska kretskort. 1. Ledningsseparering Funktionen av kabelseparering är att minimera överhörning och bruskoppling mellan intilliggande kretsar i samma lager av PCB. 3W-specifikationen säger att alla signaler (klocka, video, ljud, återställning etc.) måste isoleras från linje till linje, kant till kant, som visas i figur 10. För att ytterligare minska den magnetiska kopplingen är referensjorden placeras nära nyckelsignalen för att isolera kopplingsbruset som genereras av andra signallinjer.

2. Skydds- och shuntlinjeinställning Shunt- och skyddslinje är en mycket effektiv metod för att isolera och skydda nyckelsignaler, såsom systemklocksignaler i en bullrig miljö. I figur 21 läggs parallell- eller skyddskretsen i kretskortet längs nyckelsignalens krets. Skyddskretsen isolerar inte bara det kopplingsmagnetiska flödet som genereras av andra signallinjer, utan isolerar också nyckelsignaler från koppling med andra signallinjer. Skillnaden mellan shuntledningen och skyddsledningen är att shuntledningen inte behöver vara terminerad (ansluten till jord), utan skyddsledningens båda ändar måste anslutas till jord. För att ytterligare minska kopplingen kan skyddskretsen i flerskiktskretskortet läggas till med en väg till marken vartannat segment.

3. Kraftledningsdesignen är baserad på storleken på kretskortets ström, och kraftledningens bredd är så tjock som möjligt för att minska slingmotståndet. Gör samtidigt kraftledningens och jordledningens riktning förenlig med dataöverföringens riktning, vilket hjälper till att förbättra anti-brusförmågan. I en enkel eller dubbel panel, om kraftledningen är mycket lång, bör en frånkopplingskondensator läggas till marken var 3000 mil, och värdet på kondensatorn är 10uF+1000pF.

Jordtrådsdesign

Principerna för jordtrådsdesign är:

(1) Den digitala jordningen är skild från den analoga jordningen. Om det finns både logiska kretsar och linjära kretsar på kretskortet bör de separeras så mycket som möjligt. Lågfrekvenskretsens jord bör vara parallelljordad vid en enda punkt så mycket som möjligt. När själva kabeldragningen är svår kan den delvis seriekopplas och sedan jordas parallellt. Högfrekvenskretsen ska vara jordad vid flera punkter i serie, jordledningen ska vara kort och hyrd, och den nätliknande jordfolien med stor yta ska användas runt högfrekvenskomponenten så mycket som möjligt.

(2) Jordledningen ska vara så tjock som möjligt. Om jordledningen använder en mycket snäv linje, förändras jordpotentialen med förändringen av strömmen, vilket minskar anti-brusprestandan. Därför bör jordledningen förtjockas så att den kan passera tre gånger den tillåtna strömmen på kortet. Om möjligt bör jordledningen vara 2~3 mm eller mer.

(3) Jordledningen bildar en sluten slinga. För tryckta kort som endast består av digitala kretsar är de flesta av deras jordningskretsar anordnade i slingor för att förbättra brusresistansen.

Signallinjedesign

För nyckelsignallinjer, om kortet har ett internt signalledningslager, bör nyckelsignallinjerna såsom klockor läggas på det inre lagret, och det föredragna kabellagret ges prioritet. Dessutom får nyckelsignallinjer inte dirigeras över partitionsområdet, inklusive referensplansgap orsakade av vias och pads, annars kommer det att leda till en ökning av signalslingans yta. Och nyckelsignallinjen bör vara mer än 3H från kanten av referensplanet (H är höjden på linjen från referensplanet) för att undertrycka kantstrålningseffekten. Håll dem borta från gränssnittet och utgående signallinjer för klockledningar, busslinjer, radiofrekvenslinjer och andra signallinjer för stark strålning och återställningssignallinjer, chipvalsignallinjer, systemstyrsignaler och andra känsliga signallinjer. Detta förhindrar interferensen på den starkt utstrålande signallinjen från att kopplas till den utgående signallinjen och stråla utåt; och undviker även den externa interferensen som den utgående signalledningen från gränssnittet åstadkommer från koppling till den känsliga signalledningen, vilket orsakar felfunktion i systemet. Differentialsignalledningar bör vara på samma skikt, lika långa och löpa parallellt, för att hålla impedansen konsekvent, och det bör inte finnas någon annan ledning mellan differentialledningarna. Eftersom den gemensamma modimpedansen för differentiallinjeparet säkerställs att vara lika, kan dess anti-interferensförmåga förbättras. Enligt ovanstående ledningsregler är den typiska kretskortkretsen för luftkonditioneringen förbättrad och optimerad.