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Leiterplatte Blog - Anti-jamming Design der Hochgeschwindigkeits-digitalen Leiterplatte für Zug

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Anti-jamming Design der Hochgeschwindigkeits-digitalen Leiterplatte für Zug

2022-03-10
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Author:pcb

Die Probleme, auf die bei der Gestaltung digitaler Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten geachtet werden sollte, werden detailliert geklärt und welche Aspekte von digitalen Hochgeschwindigkeits-Schaltungen im Bordsystem von Zügen betroffen sein werden, sowie die Gründe für diese Effekte. Es sollten mehrere Ansätze verfolgt werden. Die Praxis hat bewiesen, dass die mit diesen Methoden entworfene Schaltung die Störschutzleistung des Produkts erheblich verbessern kann. Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Wissenschaft und Technologie entwickelt sich der Zug auch mit hoher Geschwindigkeit, und der Hochgeschwindigkeits-Digitalkreis wird allmählich in das Bordsystem des Zuges übernommen. Es gibt viele Störquellen im Zug, einschließlich elektromagnetischer Störungen, die durch verschiedene Transformatoren, Ventilatoren, Stromabnehmer, Luftkompressoren usw. erzeugt werden, die den normalen Betrieb digitaler Hochgeschwindigkeitsschaltkreise im Zug beeinträchtigen. Um den Komfort der Fahrumgebung und Arbeitsumgebung sicherzustellen, ist das Auto auch mit verschiedenen elektrischen Geräten wie Klimaanlagen, elektrischen Heizungen, Lüftern usw. ausgestattet, die auch externe elektromagnetische Strahlung erzeugen, die den normalen Betrieb von Hochgeschwindigkeits-digitalen Schaltungen beeinflusst. In einem so komplexen Umfeld in Zügen wird daher besonders wichtig, wie die Zuverlässigkeit digitaler Hochgeschwindigkeitssignale sichergestellt werden kann. Wenn diese Probleme nicht richtig behandelt werden, führt dies zu Signalverzerrungen, Timing-Fehlern, Systeminstabilität und vielen anderen Situationen, die unschätzbare Verluste mit sich bringen werden. Um den normalen Betrieb von Zugkommunikations-, Steuerungs- und anderen Systemen zu gewährleisten, ist das Störschutzdesign der Ausrüstung genauso wichtig wie das funktionale Design. Zu Beginn des Entwurfs muss die Unterdrückung von Interferenzen digitaler Schaltungen berücksichtigt werden, da es sonst schwierig ist, die Interferenzanforderungen von Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen zu erfüllen. Daher ist es notwendig, die Störschutzfähigkeit der digitalen Leiterplatte zu verbessern und die Schaltungsstrahlung zu reduzieren und die Abhilfemaßnahmen für die Störschutzfunktion der Leiterplatte zu vermeiden, nachdem das Design abgeschlossen ist.

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1. Die Art der InterferenzEs gibt drei grundlegende Wege der Interferenzbildung: Interferenzquelle, Kopplungspfad und empfindliche Quelle. Diese Aspekte werden unten beschrieben.1.1 Interferenzkupplungspfad der Leiterplatte Die Interferenz auf der Leiterplatte umfasst hauptsächlich Gleichtaktstörungen und Differentialmodusstörungen. Differenzmodusstörungen werden durch die Signalschleife erzeugt, und Gleichmodusstörungen werden durch den Gleichmodusstrom am Kabel erzeugt. Für die Leiterplatte bezieht sie sich hauptsächlich auf ihre Differenzmodenstörung, weil der Frequenzbereich ihrer Differenzmodenstörung das gesamte Frequenzband ist, das vom Schaltungssignal belegt wird. Alle Arten von Störungen, die das normale Arbeitssystem beeinflussen. Die Hauptmethode zur Verringerung von Differenzmodusstörungen besteht darin, die Leiterbahnlänge zu minimieren und den Signalschleifenbereich während der Verdrahtung zu verringern.1.2 Das Erzeugungsverfahren von Störquellen auf der Leiterplatte Die Hauptgründe für verschiedene Arten von Störungen in Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen sind die inhärente Rauschfrequenz der Stromversorgung selbst und verschiedene Änderungen in di/dt und du/dt auf externen Geräten Schaltungen. Alle Arten von kapazitiven und induktiven Lasten auf der Leitung, also wenn das Signal springt, wird ein Spike erzeugt, um Rauschen zu bilden, und diese Geräusche werden entlang der Schaltung durch die Stromschleife jeder Schaltung geleitet, also das inhärente Rauschen der Stromversorgung selbst und verschiedene Rauschen, die durch Hochgeschwindigkeitsübergänge verursacht werden. Entkopplung und Filterung sind die beste Möglichkeit, das Rauschen zu unterdrücken, das durch die Schaltung selbst oder verschiedene Arten von Mutationssignalen erzeugt wird. Dies reduziert nicht nur sein eigenes Rauschen, sondern absorbiert auch äußere Einflüsse darauf und verbessert seine Anti-Interferenz-Fähigkeit.1.3 Sensible Quellen auf der Leiterplatte Sensible Quellen von Hochgeschwindigkeits-Digitalsignalen beziehen sich hauptsächlich auf Objekte, die anfällig für externe Interferenzen sind, wie: A/D, D/A-Wandler, Logik-Controller, Mikrocontroller, Kristalloszillatoren, digitale ICs, Die Stabilität dieser Geräte hängt direkt mit der Stabilität und Genauigkeit des Systembetriebs der Leiterplatte zusammen. Daher ist es notwendig, diese empfindlichen Quellen ordnungsgemäß zu schützen und ihre Störfestigkeit zu verbessern.2. Verbessern Sie die Interferenzmaßnahmen der Leiterplatten2.1 Reduzieren Sie die Kopplungsschleife Die Hauptmethode zur Reduzierung der Kopplung besteht darin, den Signalschleifenbereich zu reduzieren, darunter der Schleifenbereich des Erddrahtes, der Stromversorgung, Empfindliche Signalquelle und Leiterplattenkante sollten hauptsächlich gelöst werden.1) Reduzieren Sie die Erdungsdraht- und Stromkupplungsschleife Die Erdungsdraht-Impedanz ist die Hauptursache für das Erdungsdraht-Rauschen auf der Leiterplatte, so dass die Erdungsdraht-Impedanz minimiert werden sollte, und die Erdungsebene oder die Netzerde kann verwendet werden. Für Hochgeschwindigkeits-Digitalplatinen sollten Mehrschichtplatinen verwendet werden, um den Schleifenbereich zu reduzieren, und die mittlere Schicht sollte als Stromversorgung oder Masseschicht verwendet werden, und der Abstand zwischen den an die Stromversorgung angrenzenden Schichten und der Erde sollte so klein wie möglich sein; Die Fläche des Rings, der durch die Signalleitung und ihre Masseschleife gebildet wird, sollte so klein wie möglich sein. Je kleiner die Ringfläche, desto weniger äußere Störungen. Angesichts dieser Eigenschaft sollten beim Aufteilen der Erdungsebene die Verteilung der Erdungsebene und wichtige Signalspuren berücksichtigt werden, um Probleme zu vermeiden, die durch Erdungsebene-Schlitzen usw. verursacht werden. Signalleitungen können den Trennbereich zwischen der Erdungsebene und der Leistungsebene nicht überqueren, um die Bildung einer großen Erdungseinheit zu verhindern. Gleichzeitig sollte die Leistungsschicht um etwa 3 mm von der Erdungsschicht zurückgezogen werden, so dass mehr als 70% der Leistungsstörung unterdrückt werden kann.2) Reduzieren Sie die Kopplungsschleife des empfindlichen Quellsignals Für empfindliche Signale wie periodische Signale, wie Taktsignale, analoge Signale und Signale niedriger Ordnung des Adressbusses ist die Störung stark, Das ist auch der Schlüssel zum Entwurf digitaler Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Die Verdrahtung von Schlüsselsignalen auf der Leiterplatte sollte nach dem Prinzip von hoch nach niedrig geführt werden (Sortiermethode: hoch nach niedrig: analoges Signal-Endreset-Signal-I2C-Signal-Lese- und Schreibsignal-hohe Geschwindigkeit, Hochfrequenzsignal-Datenbus-Adressbus); Die Schlüsselsignalverdrahtung sollte so weit wie möglich zur inneren Schicht gehen; und ein kleiner Kondensator sollte parallel zum Filtern angeschlossen werden; Die Signalschicht kann nur parallel durch die beiden durch die Erdungsebene getrennten Schichten geführt werden; die Signalleitung sollte so kurz wie möglich sein; Die Komponenten der Hochfrequenzanbindung auf der Leiterplatte sollten so nah wie möglich an den Leiterbahnen liegen, um die Verteilungsparameter und elektromagnetische Störungen von Hochfrequenzsignalen zu reduzieren. Um die Störfestigkeit empfindlicher Signalquellen zu verbessern.3) Reduzieren Sie die Kupplungsschleife am Rand der Leiterplatte Ob die Kantenverarbeitung der Leiterplatte vernünftig ist, bestimmt, ob die äußere Störung des Signals effektiver unterdrückt werden kann. Um zu verhindern, dass die digitale Hochgeschwindigkeitsschaltung die Außenseite durch die Kante der Platine stört, sollte ihre Verdrahtungsposition streng kontrolliert werden und sie sollte so nah wie möglich an der Innenseite der Leiterplatte sein. Signalleitungen mit starken Interferenzen wie Hochfrequenz sollten nicht bis zum Rand der Platine gehen, um das Fehlen einer entsprechenden Erdungskupplungsschleife zu verhindern, was zu einem externen Interferenzleck des Signals führt.2.2 Unterdrücken der Interferenzquelle dient dazu, den Einfluss der Interferenzquelle du/dt und di/dt so weit wie möglich zu reduzieren. Die Verringerung des du/dt der Störquelle wird hauptsächlich erreicht, indem Kondensatoren parallel an beiden Enden der Störquelle angeschlossen und Entkopplung und Filterung hinzugefügt werden. Die Reduzierung der Di/dt der Störquelle wird hauptsächlich durch