Bileşen seçimi ve devre tasarımına ek olarak, iyi baskılı devre kartı (PCB) tasarımı da elektromanyetik uyumlulukta çok önemli bir faktördür. PCB EMC tasarımının anahtarı, yeniden akış alanını mümkün olduğunca azaltmak ve yeniden akış yolunun tasarım yönünde akmasına izin vermektir. En yaygın geri dönüş akımı sorunları, referans düzlemindeki çatlaklardan, referans düzlem katmanını değiştirmeden ve konektörden akan sinyalden kaynaklanır. Jumper kapasitörleri veya dekuplaj kapasitörleri bazı sorunları çözebilir, ancak kapasitörlerin, yolların, pedlerin ve kabloların genel empedansı dikkate alınmalıdır. Bu ders EMC’nin PCB tasarım teknolojisini üç açıdan tanıtacaktır: PCB katmanlama stratejisi, yerleşim becerileri ve kablolama kuralları.

PCB katmanlama stratejisi

Devre kartı tasarımındaki işlem yoluyla kalınlık ve katman sayısı, sorunu çözmenin anahtarı değildir. İyi katmanlı istifleme, güç barasının baypas ve dekuplajını sağlamak ve güç katmanı veya toprak katmanı üzerindeki geçici voltajı en aza indirmektir. Sinyal ve güç kaynağının elektromanyetik alanını korumanın anahtarı. Sinyal izleri açısından, tüm sinyal izlerini bir veya birkaç katmana koymak iyi bir katmanlama stratejisi olmalıdır ve bu katmanlar güç katmanının veya zemin katmanının yanındadır. Güç kaynağı için iyi bir katmanlama stratejisi, güç katmanının zemin katmanına bitişik olması ve güç katmanı ile toprak katmanı arasındaki mesafenin mümkün olduğunca küçük olması olmalıdır. Buna “katmanlama” stratejisi diyoruz. Aşağıda özellikle mükemmel PCB katmanlama stratejisinden bahsedeceğiz. 1. Kablolama katmanının projeksiyon düzlemi, yeniden akış düzlemi katmanı alanında olmalıdır. Eğer kablolama katmanı reflow düzlem katmanının projeksiyon alanında değilse kablolama sırasında projeksiyon alanı dışında sinyal hatları oluşacak ve bu da “kenar radyasyonu” sorununa neden olacağı gibi sinyal döngü alanının da artmasına neden olacaktır. , artan diferansiyel mod radyasyonu ile sonuçlanır . 2. Bitişik kablolama katmanlarını kurmaktan kaçınmaya çalışın. Bitişik kablolama katmanlarındaki paralel sinyal izleri sinyal karışmasına neden olabileceğinden, bitişik kablolama katmanlarından kaçınmak mümkün değilse, iki kablo katmanı arasındaki katman aralığı uygun şekilde artırılmalı ve kablo katmanı ile sinyal devresi arasındaki katman aralığı olmalıdır. azaltılabilir. 3. Bitişik düzlem katmanları, projeksiyon düzlemlerinin üst üste binmesinden kaçınmalıdır. Çünkü çıkıntılar üst üste bindiğinde katmanlar arasındaki kuplaj kapasitansı katmanlar arasındaki gürültünün birbirine bağlanmasına neden olacaktır.

Çok katmanlı tahta tasarımı

Saat frekansı 5 MHz’i aştığında veya sinyal yükselme süresi 5ns’den az olduğunda, sinyal döngü alanını iyi kontrol etmek için genellikle çok katmanlı bir kart tasarımı gereklidir. Çok katmanlı kartlar tasarlanırken aşağıdaki ilkelere dikkat edilmelidir: 1. Anahtar kablolama katmanı (saat hattı, bus hattı, arayüz sinyal hattı, radyo frekans hattı, reset sinyal hattı, chip seçim sinyal hattı ve çeşitli kontrol sinyallerinin bulunduğu katman) Şekil 1’de gösterildiği gibi, tercihen iki yer düzlemi arasında olmak üzere tüm yer düzlemine bitişik olmalıdır. Anahtar sinyal hatları genellikle güçlü radyasyon veya aşırı hassas sinyal hatlarıdır. Yer düzlemine yakın kablolama, sinyal döngüsünün alanını azaltabilir, radyasyon yoğunluğunu azaltabilir veya parazit önleme özelliğini iyileştirebilir.

Şekil 1 Anahtar kablolama katmanı, iki yer düzlemi arasındadır.

2. Güç düzlemi, bitişik yer düzlemine göre geri çekilmelidir (önerilen değer 5H~20H). Güç düzleminin dönüş yer düzlemine göre geri çekilmesi, “kenar radyasyonu” problemini etkili bir şekilde bastırabilir.

Ek olarak, Şekil 3’te gösterildiği gibi, güç kaynağı akımının döngü alanını etkin bir şekilde azaltmak için kartın ana çalışma güç düzlemi (en yaygın kullanılan güç düzlemi), toprak düzlemine yakın olmalıdır.

Şekil 3 Güç düzlemi yer düzlemine yakın olmalıdır.

3. Kartın ÜST ve ALT katmanlarında ≥50MHz sinyal hattı olup olmadığı. Eğer öyleyse, uzaya yaptığı radyasyonu bastırmak için yüksek frekanslı sinyali iki düzlem katmanı arasında yürümek en iyisidir.

Tek katmanlı tahta ve çift katmanlı tahta tasarımı

Tek katmanlı ve çift katmanlı panoların tasarımında anahtar sinyal hatlarının ve enerji hatlarının tasarımına dikkat edilmelidir. Güç akımı döngüsünün alanını azaltmak için güç izinin yanında ve paralel bir topraklama kablosu olmalıdır. Tek katmanlı levhanın anahtar sinyal hattının her iki tarafına Şekil 4’te gösterildiği gibi “Kılavuz Toprak Hattı” döşenmelidir. Çift katmanlı levhanın anahtar sinyal hattı projeksiyon düzlemi geniş bir zemin alanına sahip olmalıdır. veya tek katmanlı kartla aynı yöntemle, Şekil 5’te gösterildiği gibi “Kılavuz Toprak Hattı” tasarlayın. Anahtar sinyal hattının her iki tarafındaki “koruyucu topraklama kablosu” bir yandan sinyal döngü alanını azaltabilir, ve ayrıca sinyal hattı ile diğer sinyal hatları arasındaki karışmayı önler.

Genel olarak, PCB kartının katmanlanması aşağıdaki tabloya göre tasarlanabilir.

PCB yerleşim becerileri

PCB düzenini tasarlarken, sinyal akış yönü boyunca düz bir çizgiye yerleştirme tasarım ilkesine tam olarak uyun ve Şekil 6’da gösterildiği gibi ileri geri döngüden kaçınmaya çalışın. Bu, doğrudan sinyal eşleşmesini önleyebilir ve sinyal kalitesini etkileyebilir. Ayrıca devreler ve elektronik bileşenler arasında karşılıklı etkileşimi ve eşleşmeyi önlemek için devrelerin yerleşimi ve bileşenlerin yerleşimi aşağıdaki ilkelere göre yapılmalıdır:

1. Pano üzerinde “temiz zemin” arayüzü tasarlanmışsa, “temiz zemin” ile çalışma zemini arasındaki izolasyon bandına filtreleme ve izolasyon bileşenleri yerleştirilmelidir. Bu, filtreleme veya izolasyon cihazlarının, etkiyi zayıflatan düzlemsel katman yoluyla birbirine bağlanmasını önleyebilir. Ayrıca “temiz zemin” üzerine filtreleme ve koruma cihazları dışında başka hiçbir cihaz yerleştirilemez. 2. Aynı PCB üzerine birden fazla modül devresi yerleştirildiğinde, dijital devreler ve analog devreler ve yüksek hızlı ve düşük hızlı devreler, dijital devreler, analog devreler, yüksek hızlı devreler ve yüksek hızlı devreler arasında karşılıklı paraziti önlemek için ayrı ayrı düzenlenmelidir. düşük hızlı devreler. Ek olarak, yüksek frekanslı devre gürültüsünün arayüzden dışarıya yayılmasını önlemek için devre kartında aynı anda yüksek, orta ve düşük hızlı devreler mevcut olduğunda.

3. Devre kartının güç giriş portunun filtre devresi, filtrelenen devrenin tekrar bağlanmasını önlemek için arayüze yakın yerleştirilmelidir.

Şekil 8 Güç giriş portunun filtre devresi arayüze yakın yerleştirilmelidir.

4. Arayüz devresinin filtreleme, koruma ve izolasyon bileşenleri, Şekil 9’da gösterildiği gibi, koruma, filtreleme ve izolasyonun etkilerini etkili bir şekilde elde edebilen arayüze yakın yerleştirilir. Arayüzde hem filtre hem de koruma devresi varsa önce koruma sonra filtreleme prensibine uyulmalıdır. Koruma devresi harici aşırı gerilim ve aşırı akım bastırma için kullanıldığından, koruma devresi filtre devresinden sonra yerleştirilirse filtre devresi aşırı gerilim ve aşırı akımdan zarar görür. Ayrıca devrenin giriş ve çıkış hatları birbirine akuple edildiğinde filtreleme, izolasyon veya koruma etkisini zayıflatacağından, filtre devresi (filtre), izolasyon ve koruma devresinin giriş ve çıkış hatlarının zarar görmemesine dikkat edin. düzen sırasında birbirleriyle çift.

5. Hassas devreler veya cihazlar (reset devreleri vb. gibi) kartın her bir kenarından, özellikle kart arayüzünün kenarından en az 1000 mil uzakta olmalıdır.

6. Enerji depolama ve yüksek frekanslı filtre kapasitörleri, ünite devrelerinin veya büyük akım değişimi olan cihazların (güç modülünün giriş ve çıkış terminalleri, fanlar ve röleler gibi) yakınına yerleştirilerek devrenin döngü alanını küçültülmelidir. büyük akım döngüsü.

7. Filtrelenen devrenin tekrar karışmaması için filtre bileşenleri yan yana yerleştirilmelidir.

8. Kristaller, kristal osilatörler, röleler ve anahtarlamalı güç kaynakları gibi güçlü radyasyon cihazlarını kart arabirim konektörlerinden en az 1000 mil uzakta tutun. Bu şekilde, parazit doğrudan yayılabilir veya akım, dışa doğru yayılmak için giden kabloya bağlanabilir.

PCB kablolama kuralları

Bileşen seçimi ve devre tasarımına ek olarak, iyi bir baskılı devre kartı (PCB) kablolaması da elektromanyetik uyumlulukta çok önemli bir faktördür. PCB, sistemin doğal bir bileşeni olduğundan, PCB kablolamasında elektromanyetik uyumluluğun arttırılması, ürünün nihai olarak tamamlanmasına ek maliyet getirmeyecektir. Herkes, kötü bir PCB düzeninin, bunları ortadan kaldırmaktan ziyade daha fazla elektromanyetik uyumluluk sorununa neden olabileceğini hatırlamalıdır. Çoğu durumda, filtrelerin ve bileşenlerin eklenmesi bile bu sorunları çözemez. Sonunda, tüm tahtanın yeniden kablolanması gerekiyordu. Bu nedenle, başlangıçta iyi PCB kablolama alışkanlıkları geliştirmenin en uygun maliyetli yoludur. Aşağıda PCB kablolamasının bazı genel kuralları ve güç hatları, toprak hatları ve sinyal hatlarının tasarım stratejileri tanıtılacaktır. Son olarak, bu kurallara göre, klimanın tipik baskılı devre kartı devresi için iyileştirme önlemleri önerilmiştir. 1. Kablo ayırma Kablo ayırmanın işlevi, PCB’nin aynı katmanındaki bitişik devreler arasındaki karışma ve gürültü bağlantısını en aza indirmektir. 3W spesifikasyonu, Şekil 10’da gösterildiği gibi tüm sinyallerin (saat, video, ses, sıfırlama vb.) hattan hatta, kenardan kenara izole edilmesi gerektiğini belirtir. Manyetik kuplajı daha da azaltmak için referans toprak diğer sinyal hatları tarafından üretilen bağlantı gürültüsünü izole etmek için anahtar sinyalinin yanına yerleştirilir.

2. Koruma ve şönt hattı ayarı Şönt ve koruma hattı, gürültülü bir ortamda sistem saat sinyalleri gibi anahtar sinyalleri yalıtmak ve korumak için çok etkili bir yöntemdir. Şekil 21’de, PCB’deki paralel veya koruma devresi, anahtar sinyalinin devresi boyunca döşenmiştir. Koruma devresi sadece diğer sinyal hatları tarafından üretilen manyetik kuplaj akısını izole etmekle kalmaz, aynı zamanda anahtar sinyalleri diğer sinyal hatları ile kuplajdan da izole eder. Şönt hattı ile koruma hattı arasındaki fark, şönt hattının sonlandırılmasına (toprağa bağlı) gerek olmaması, ancak koruma hattının her iki ucunun toprağa bağlı olmasıdır. Bağlantıyı daha da azaltmak için, çok katmanlı PCB’deki koruma devresi, her diğer segmentte toprağa giden bir yol ile eklenebilir.

3. Güç hattı tasarımı, baskılı devre kartı akımının boyutuna dayanmaktadır ve güç hattının genişliği, döngü direncini azaltmak için mümkün olduğunca kalındır. Aynı zamanda, güç hattının ve toprak hattının yönünü, gürültü önleme kabiliyetini geliştirmeye yardımcı olan veri iletimi yönü ile tutarlı hale getirin. Tek veya çift panelde, eğer güç hattı çok uzun ise her 3000 mil’de toprağa bir dekuplaj kondansatörü eklenmelidir ve kondansatörün değeri 10uF+1000pF’dir.

Topraklama kablosu tasarımı

Topraklama kablosu tasarımının ilkeleri şunlardır:

(1) Dijital toprak, analog topraktan ayrılmıştır. Devre kartı üzerinde hem mantık devreleri hem de lineer devreler varsa bunlar mümkün olduğunca birbirinden ayrılmalıdır. Alçak frekans devresinin topraklaması mümkün olduğunca tek bir noktada paralel olarak topraklanmalıdır. Gerçek kablolama zor olduğunda, kısmen seri olarak bağlanabilir ve ardından paralel olarak topraklanabilir. Yüksek frekans devresi seri olarak birden fazla noktada topraklanmalı, topraklama kablosu kısa ve kiralık olmalı ve mümkün olduğunca yüksek frekanslı bileşenin çevresinde ızgara benzeri geniş alanlı topraklama folyosu kullanılmalıdır.

(2) Topraklama kablosu mümkün olduğunca kalın olmalıdır. Topraklama kablosu çok sıkı bir hat kullanıyorsa, akımın değişmesiyle toprak potansiyeli değişir ve bu da gürültü önleme performansını azaltır. Bu nedenle topraklama kablosu, baskılı kartta izin verilen akımın üç katını geçirebilecek şekilde kalınlaştırılmalıdır. Mümkünse, topraklama kablosu 2~3 mm veya daha fazla olmalıdır.

(3) Topraklama kablosu kapalı bir döngü oluşturur. Yalnızca dijital devrelerden oluşan baskılı kartlar için, topraklama devrelerinin çoğu, gürültü direncini artırmak için döngüler halinde düzenlenmiştir.

Sinyal hattı tasarımı

Anahtar sinyal hatları için, kartta dahili bir sinyal kablolama katmanı varsa, saat gibi anahtar sinyal hatları iç katmana döşenmeli ve tercih edilen kablo katmanına öncelik verilmelidir. Ek olarak, anahtar sinyal hatları, viyalar ve pedlerin neden olduğu referans düzlemi boşlukları dahil olmak üzere bölme alanı boyunca yönlendirilmemelidir, aksi takdirde sinyal döngüsü alanında bir artışa yol açacaktır. Ve kenar radyasyon etkisini bastırmak için anahtar sinyal çizgisi, referans düzleminin kenarından (H, çizginin referans düzleminden yüksekliğidir) 3H’den fazla olmalıdır. Saat hatları, otobüs hatları, radyo frekans hatları ve diğer güçlü radyasyon sinyal hatları ve sinyal hatları sıfırlama, çip seçme sinyal hatları, sistem kontrol sinyalleri ve diğer hassas sinyal hatları için bunları arayüzden ve giden sinyal hatlarından uzak tutun. Bu, güçlü yayılan sinyal hattındaki parazitin giden sinyal hattına bağlanmasını ve dışarıya yayılmasını önler; ve ayrıca, arayüz giden sinyal hattının hassas sinyal hattına bağlanmasından kaynaklanan ve sistemin yanlış çalışmasına neden olan harici paraziti önler. Diferansiyel sinyal hatları aynı katmanda, eşit uzunlukta olmalı ve empedansı tutarlı tutarak paralel çalışmalı ve diferansiyel hatlar arasında başka bir kablo olmamalıdır. Diferansiyel hat çiftinin ortak mod empedansının eşit olması sağlandığından, parazit önleme özelliği geliştirilebilir. Yukarıdaki kablolama kurallarına göre, klimanın tipik baskılı devre kartı devresi iyileştirilir ve optimize edilir.