Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Leiterplatte Blog - Prinzipien des Leiterplattendesigns zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen

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Prinzipien des Leiterplattendesigns zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen

2022-01-12
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Author:pcb

Ein effektives Interferenzschutzdesign der Leiterplatte ist ein Schlüsselglied beim Design elektronischer Produkte, das die Zuverlässigkeit und Stabilität der Schaltungsarbeit beeinflusst. Der Artikel analysiert die Hauptgründe für das Vorhandensein elektromagnetischer Störungen auf Leiterplatten und fasst die effektive Unterdrückung und Verhinderung elektromagnetischer Störungen im Leiterplattendesign aus der Auswahl von Leiterplatten, dem Layout von Leiterplattenkomponenten, der Verdrahtung von Strom und Masse und der Verdrahtung von Signalleitungen zusammen. Maßnahmen und Grundsätze. Die Leiterplatte ist der Träger von Schaltungskomponenten in elektronischen Produkten, stellt elektrische Verbindungen zwischen Schaltungskomponenten zur Verfügung und ist die Grundkomponente verschiedener elektronischer Geräte. Seine Leistung steht in direktem Zusammenhang mit der Qualität elektronischer Geräte. Mit der Entwicklung der Informationsgesellschaft und der Entwicklung der elektronischen Technologie wird die Integration von Schaltungen immer höher, die Größe der Leiterplatten wird immer kleiner, die Dichte der Komponenten auf Leiterplatten wird immer höher und die Laufgeschwindigkeit elektronischer Produkte wird immer höher. Daher ist das Problem der elektromagnetischen Störung und Kompatibilität, die durch sich selbst verursacht werden, prominenter. Daher ist die Reduzierung der elektromagnetischen Störungen von Leiterplatten zu einem heißen Thema in der heutigen elektronischen Technologie geworden. Das Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit einer Leiterplatte ist der Schlüssel, ob ein elektronisches System normal arbeiten kann, was die Zuverlässigkeit und Stabilität der Schaltung oder des Systems beeinflusst. Daher sollte das Problem der elektromagnetischen Störung beim Entwurf der Leiterplatte effektiv gelöst werden.

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In Bezug auf die Gründe für elektromagnetische Störungen werden die Maßnahmen und Prinzipien zur Verringerung elektromagnetischer Störungen zusammengefasst, die beim PCB-Board-Design berücksichtigt werden sollten.1. Der Grund für das Vorhandensein elektromagnetischer Störungen auf der Leiterplatte In dem elektronischen Hochgeschwindigkeitssystem, das aus Schaltnetzteil und Mikroprozessor besteht, kommt die elektromagnetische Störung der Leiterplatte hauptsächlich von der vorhandenen Hochfrequenz-Störquelle, Komponenten, Grundlegender Schleifen- und Differenzmodus und Gleichtaktrauschen. 1.1 Die Quelle der Hochfrequenzstörungen, die auf der Leiterplatte vorhanden sind In einem intelligenten elektronischen Hochgeschwindigkeitssystem kommt die Quelle der Hochfrequenzstörungen auf der Leiterplatte hauptsächlich vom Mikroprozessorsystem, Das Spannungsversorgungssystem und die Oszillatorschaltung.1) MikroprozessorsystemDas Hochfrequenzrauschen (HF) eines Mikroprozessors wird innerhalb des Chips erzeugt und auf vielfältige Weise nach außen gekoppelt. Es existiert an allen Eingängen, Ausgängen, Strom und Masse gleichzeitig. Es sind potenzielle Geräusche, die jede Leitung des Mikroprozessors erzeugt. Es kann Probleme mit den Füßen geben. Das Problem ist das Rauschen der Ein- und Ausgangspins (I/O) des Mikroprozessors. Diese Geräusche werden hauptsächlich durch die Taktschaltung innerhalb des Chips erzeugt, die durch die Ein- und Ausgangspins mit den internen und externen Kabeln verbunden und ausgestrahlt wird, hauptsächlich manifestiert als Kurzzeitimpulswellenformstörung.2) NetzteilsystemDas Stromversorgungssystem umfasst den Leistungsregler und seine Bypass-Kondensatoren auf der Regler- und Mikrocontroller-Seite. Diese Schaltkreise sind die Quelle der gesamten HF-Energie im System und liefern die erforderlichen Schaltströme für die On-Chip sequenziellen Schaltkreise.3) Oszillatorschaltkreis Der Oszillatorschaltkreis liefert ein schnelles Taktsignal an das System, in einem digitalen System, da der Ausgangspuffer des Oszillators digital ist, werden Oberschwingungen auf der Ausgangsseite erzeugt, wenn eine Sinuswelle in eine Quadratwelle umgewandelt wird. Jegliches Rauschen, das durch interne Operationen wie Taktpuffer erzeugt wird, wird am Ausgang angezeigt und durch Komponentenkopplung verbreitet.1.2 Andere Ursachen elektromagnetischer Interferenz1) SMD-Komponenten und Durchgangslochkomponenten SMD-Geräte (SMDs) sind besser im Umgang mit HF-Energie als bleihaltige Chips aufgrund ihrer geringeren induktiven Reaktivität und engeren Platzierung der Komponenten. Typischerweise oszilliert die Leitungskapazität von Durchgangslochkomponenten selbst (Wechsel von kapazitiv zu induktiv) bei etwa 80MHz. Daher muss das Rauschen über 80MHz kontrolliert werden, und viele ernsthafte Probleme müssen berücksichtigt werden, wenn Durchgangslochkomponenten in der Konstruktion verwendet werden.2) GrundschaltkreisJeder Kantenübergang, der vom Mikroprozessor zu einem anderen Chip übertragen wird, ist ein Stromimpuls, der zum Empfangschip fließt, aus dem Erdungsstift des Empfängerchips, und dann zurück zum Erdungsstift des Mikroprozessors durch den Erdungskabel, so bilden Sie eine Basisschaltung. Solche Schleifen existieren überall in der Schaltung, und jede Rauschspannung und ihre begleitenden Ströme wandern durch den Impedanzpfad zurück zu ihrem Ursprung und verursachen einen Effekt. Ein Rücklauf kann eine Signalleitung und deren Rückweg, ein Bypass zwischen Leistung und Masse, ein Kristalloszillator und ein Treiber innerhalb eines Mikroprozessors oder eine Rückkehr vom Spannungsregler der Stromversorgung zum Bypass-Kondensator sein. Je größer die geometrische Fläche der Schleife, desto stärker die Strahlung, so dass wir die Rauschausbreitung verringern können, indem wir die Form und die Impedanz des Rücklaufweges steuern.3) Differenzmodus- und GleichtaktrauschUnterschiedliches Moderauschen ist das Rauschen, das auftritt, wenn ein Signal durch die Leitung zum Empfangschip reist und dann entlang der Rücklaufleitung zurückkehrt. Es gibt eine Differenzspannung zwischen den beiden Leitungen, das ist das Rauschen, das jedes Signal erzeugen muss, um seine Funktion auszuführen. Die elektrische Feldstärke, die durch dieses Rauschen erzeugt wird, ist proportional zum Quadrat der Frequenz, der Größe des Stroms und der Fläche der Stromschleife und umgekehrt proportional zum Abstand vom Beobachtungspunkt zur Rauschquelle. Daher besteht das Verfahren zur Verringerung der differentiellen Modenstrahlung darin, die Betriebsfrequenz der Schaltung zu reduzieren, den Bereich der Signalschleife zu reduzieren oder die Stärke des Signalstroms zu verringern. Eine effektive Methode in der Praxis ist die Steuerung des Bereichs der Signalschleife. Gleichtaktrauschen ist das Rauschen, das durch die von Signal- und Rücklaufleitungen geteilte Impedanz verursacht wird, während die Spannung gleichzeitig entlang der Signal- und Rücklaufleitungen bewegt wird, ohne dass zwischen ihnen eine Differenzspannung besteht. Gleichtaktimpedanzrauschen ist eine häufige Rauschquelle in den meisten Mikroprozessor-basierten Systemen. Die elektrische Feldstärke, die durch dieses Rauschen erzeugt wird, ist proportional zur Größe der Frequenz, der Größe des Stroms und der Länge des Kabels und umgekehrt proportional zur Entfernung vom Beobachtungspunkt zur Rauschquelle. Die Methoden zur Verringerung der Gleichtaktstrahlung sind: Verringern Sie die Impedanz des Erdungskabels, verkürzen Sie die Länge der Leitung und verwenden Sie eine Gleichtaktdrosselspule.2. LeiterplattendesignprinzipienDa der Integrationsgrad und die Signalfrequenz der Leiterplatte mit der Entwicklung der elektronischen Technologie immer höher werden, werden elektromagnetische Störungen unweigerlich verursacht. Daher sollten die folgenden Prinzipien befolgt werden, wenn die Leiterplatte entworfen wird, um die elektromagnetischen Störungen der Leiterplatte innerhalb eines bestimmten Bereichs zu steuern. Es kann die Designanforderungen und Standards erfüllen und die Gesamtleistung der Schaltung verbessern.2.1 Auswahl von Leiterplatten Die Hauptaufgabe des Leiterplattendesigns besteht darin, die Größe der Leiterplatte richtig auszuwählen. Wenn die Größe zu groß ist, erhöht sich der Impedanzwert der Leitung und die Störschutzfähigkeit verringert sich, weil die Verbindung zwischen den Komponenten zu lang ist. Die dichte Anordnung der Geräte ist nicht förderlich für die Wärmeableitung und


2.2 Layout der LeiterplattenkomponentenNach der Bestimmung der Größe der Leiterplatte sollten zuerst die Positionen spezieller Komponenten bestimmt werden, und alle Komponenten der Schaltung sollten in Blöcken entsprechend den Funktionseinheiten der Schaltung angeordnet werden. Die digitale Schaltungseinheit, die analoge Schaltungseinheit und die Stromversorgung Schaltungseinheit sollten getrennt werden, und die Hochfrequenz-Schaltungseinheit und die Niederfrequenz-Schaltungseinheit sollten ebenfalls getrennt werden. Gemeinsame Leiterplattenlayoutprinzipien sind wie folgt.1) Das Prinzip der Bestimmung der Lage von speziellen Komponenten:1. Das Heizelement sollte in einer Position platziert werden, die der Wärmeableitung förderlich ist, wie der Rand der Leiterplatte, und weg vom Mikroprozessor-Chip; 2. Spezielle Hochfrequenzkomponenten sollten nebeneinander platziert werden, um die Verbindung zwischen ihnen zu verkürzen; 3. Sensible Komponenten sollten von Rauschquellen wie Taktgeneratoren und Oszillatoren ferngehalten werden; 4. Das Layout der justierbaren Komponenten wie Potentiometer, einstellbare Induktoren, variable Kondensatoren und Schlüsselschalter sollte den strukturellen Anforderungen der gesamten Maschine entsprechen und die Einstellung erleichtern; 5. Komponenten mit schwererer Masse sollten mit Klammern befestigt werden; 6. EMI-Filter sollte in der Nähe der EMI-Quelle platziert werden.2) Das Prinzip der Anordnung der Dachkomponenten der Schaltung entsprechend der Schaltungsfunktionseinheit:1. Jeder Funktionskreis sollte die entsprechende Position entsprechend dem Signalfluss zwischen ihnen bestimmen, um die Verdrahtung zu erleichtern; 2. Jeder Funktionskreis sollte zuerst die Position der Komponenten bestimmen und andere Komponenten um die Komponenten legen, um die Verbindung zwischen den Komponenten so weit wie möglich zu verkürzen; 3. Bei Hochfrequenzschaltungen sollten die Verteilungsparameter zwischen Komponenten berücksichtigt werden; 4. Komponenten, die auf dem Rand der Leiterplatte platziert werden, sollten nicht weniger als 2mm vom Rand der Leiterplatte entfernt sein.5 DC/DC-Wandler, Schaltrohr und Gleichrichter sollten so nah wie möglich am Transformator platziert werden, um externe Strahlung zu reduzieren; 6. Spannungsregelkomponenten und Filterkondensatoren sollten in der Nähe der Gleichrichterdiode platziert werden.2.3 Das Verdrahtungsprinzip von Stromversorgung und ErdungOb die Verdrahtung der Stromversorgung und der Masse der Leiterplatte vernünftig ist, ist der Schlüssel zur Verringerung der elektromagnetischen Störungen der gesamten Leiterplatte. Das Design von Stromleitungen und Erdungsleitungen ist ein Problem, das in der Leiterplatte nicht ignoriert werden kann, und ist oft ein schwieriges Design. Das Design sollte den folgenden Prinzipien folgen.1) Verdrahtungsfähigkeiten für Leistung und ErdungDie Verdrahtung auf der Leiterplatte zeichnet sich durch verteilte Parameter wie Impedanz, kapazitive Reaktanz und induktive Reaktanz aus. Um den Einfluss der Verteilungsparameter der Leiterplattenverdrahtung auf das elektronische Hochgeschwindigkeitssystem zu reduzieren, sind die Verdrahtungsprinzipien für die Stromversorgung und die Masse wie folgt:1. Erhöhen Sie den Abstand der Leiterbahnen, um das Übersprechen der kapazitiven Kopplung zu reduzieren; 2. Die Stromleitung und die Erdungsleitung sollten parallel geführt werden, um die verteilte Kapazität erreichen zu lassen; 3.Entsprechend der Größe des Tragestroms versuchen Sie, die Breite der Stromleitung und der Erdungsleitung so weit wie möglich zu erhöhen, den Schleifenwiderstand zu verringern und gleichzeitig die Richtung der Stromleitung und der Erdungsleitung in jedem Funktionskreis konsistent mit der Übertragungsrichtung des Signals zu machen, was zur Verbesserung der Leistung beiträgt. Störschutzfähigkeit; 4. Die Stromversorgung und die Masse sollten direkt übereinander geführt werden, wodurch der induktive Reaktanz verringert und der Schleifenbereich gemacht wird, und versuchen, den Erdungskabel so weit wie möglich unter die Stromleitung gehen zu lassen; 5. Je dicker der Erdungsdraht, desto besser, im Allgemeinen ist die Breite des Erdungsdrahts nicht kleiner als 3mm; 6. Der Erdungsdraht wird in eine geschlossene Schleife gebildet, um den Potentialunterschied auf dem Erdungsdraht zu verringern und die Störfestigkeit zu verbessern; 7.Im mehrschichtigen Leiterplattenverdrahtungsdesign kann eine der Schichten als "volle Erdungsebene" verwendet werden, die die Erdungsimpedanz verringern und gleichzeitig eine Abschirmrolle spielen kann.2) Erdungsfähigkeiten jeder Funktionsschaltung Die Erdungsmethoden jeder Funktionsschaltung der Leiterplatte sind in Einpunkt-Erdung und Mehrpunkt-Erdung unterteilt. Die Einpunkt-Erdung wird je nach Verbindungsform in Einpunkt-Reihenerdung und Einpunkt-Parallelerdung unterteilt. Einpunkt-Reihenerdung wird oft für die Schutzerdung verwendet, da die Länge jedes Erdungsdrahts unterschiedlich ist, die Erdungsimpedanz jeder Schaltung unterschiedlich ist und die elektromagnetische Kompatibilitätsleistung reduziert wird. Jede Schaltung der Einpunkt-Parallelerdung hat ihren eigenen Erdungsdraht, so dass die gegenseitige Interferenz klein ist, aber sie kann den Erdungsdraht verlängern und die Erdungsimpedanz erhöhen. Es wird oft für Signalerdung, analoge Erdung und Stromerdung verwendet. Mehrpunkt-Erdung bedeutet, dass jede Schaltung einen Erdungspunkt hat, wie in Abbildung 5 gezeigt. Mehrpunkt-Erdung wird häufig in Hochfrequenzschaltungen mit kurzen Erdungsleitungen und kleinen Erdungsimpedanzwerten verwendet, wodurch die Interferenz von Hochfrequenzsignalen reduziert wird. Um die Störung durch Erdung zu reduzieren, muss die Erdung auch bestimmte Anforderungen erfüllen:1. Der Erdungsdraht sollte so kurz wie möglich sein, und die Erdungsebene sollte groß sein; 2. Vermeiden Sie unnötige Masseschleifen und reduzieren Sie die Störspannung der gemeinsamen Erde; 3. Das Erdungsprinzip besteht darin, verschiedene Erdungsmethoden für verschiedene Signale anzunehmen, und alle Erdungen können nicht zum selben Erdungspunkt gebracht werden; 4. Beim Entwerfen einer mehrschichtigen Leiterplatte sollten die Stromversorgungsschicht und die Erdungsschicht so weit wie möglich in den benachbarten Schichten platziert werden, damit die Kapazität zwischen den Schichten in der Schaltung und dem elektromagnetischen i