Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
PCB-Technologie

PCB-Technologie - So optimieren Sie das EMV-Design von Leiterplatten

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PCB-Technologie - So optimieren Sie das EMV-Design von Leiterplatten

So optimieren Sie das EMV-Design von Leiterplatten

2021-10-12
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Author:Downs

Mit der Entwicklung des elektrischen Zeitalters gibt es mehr und mehr elektromagnetische Wellenquellen in der menschlichen Lebensumgebung, wie Rundfunk, Fernsehen, Mikrowellenkommunikation, Haushaltsgeräte, elektromagnetische Felder der Leistungsfrequenz und hochfrequente elektromagnetische Felder der Stromübertragungsleitungen. Wenn die Feldstärke dieser elektromagnetischen Felder eine bestimmte Grenze überschreitet und die Einwirkzeit lang genug ist, können sie die menschliche Gesundheit gefährden; Gleichzeitig können sie auch andere elektronische Geräte und Kommunikationen beeinträchtigen. In dieser Hinsicht ist Schutz erforderlich. Die Konzepte der elektromagnetischen Störung und Abschirmung werden oft bei der Entwicklung, Produktion und Verwendung elektronischer Produkte vorgebracht. Wenn elektronische Produkte normal arbeiten, ist der Kern ein koordinierter Arbeitsprozess zwischen der Leiterplatte und den darauf installierten Komponenten und Teilen. Es ist sehr wichtig, den Leistungsindex elektronischer Produkte zu verbessern und den Einfluss elektromagnetischer Störungen zu reduzieren.

1. Leiterplattendesign

Leiterplatte (PCB) ist die Unterstützung von Schaltungskomponenten und Geräten in elektronischen Produkten. Es stellt elektrische Verbindungen zwischen Schaltungskomponenten und Geräten zur Verfügung. Es ist die grundlegendste Komponente verschiedener elektronischer Geräte. Die Leistung von Leiterplatten steht in direktem Zusammenhang mit der Qualität und Leistung von elektronischen Geräten. Mit der Entwicklung von integrierten Schaltungen, SMT-Technologie und Mikromontagetechnologie gibt es mehr und mehr hochdichte, multifunktionale elektronische Produkte, die zu einem komplexen Drahtlayout auf Leiterplatten, zahlreichen Teilen und Komponenten und einer dichten Installation führen, die unweigerlich Interferenzen zwischen ihnen verursachen wird. So ist das Problem der Unterdrückung elektromagnetischer Störungen zum Schlüssel geworden, ob ein elektronisches System normal arbeiten kann. Ähnlich wird mit der Entwicklung der elektrischen Technologie die Dichte der Leiterplatte immer höher, und die Qualität des Leiterplattendesigns hat einen großen Einfluss auf die Interferenz- und Interferenzschutzfähigkeit der Schaltung. Um die beste Leistung elektronischer Schaltungen zu erhalten, ist neben der Auswahl der Komponenten und dem Schaltungsdesign ein gutes Leiterplattendesign auch ein sehr wichtiger Faktor für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).

Leiterplatte

1.1 Zumutbar PCB-Schichtdesign

Entsprechend der Komplexität der Schaltung kann eine vernünftige Wahl der Anzahl der Schichten der Leiterplatte elektromagnetische Störungen effektiv reduzieren, die Größe der Leiterplatte und die Länge der Stromschleife und Verzweigungsverdrahtung erheblich reduzieren und die Kreuzstörung zwischen Signalen erheblich reduzieren. Experimente zeigen, dass bei Verwendung des gleichen Materials das Rauschen der Vierschichtplatte 20dB niedriger ist als das der Doppelschichtplatte. Je höher die Anzahl der Schichten, desto komplizierter der Herstellungsprozess und desto höher die Herstellungskosten. Bei der mehrschichtigen Leiterplattenverdrahtung ist es besser, eine "gut"-geformte Netzverdrahtungsstruktur zwischen benachbarten Schichten zu verwenden, das heißt, die Richtungen der jeweiligen Verdrahtungen der benachbarten Schichten sind senkrecht zueinander. Zum Beispiel wird die Oberseite der Leiterplatte horizontal und die nächste Seite vertikal geführt und dann durch Durchkontaktierungen verbunden.

1.2 Angemessener Entwurf der Leiterplattengröße

Wenn die Leiterplattengröße zu groß ist, werden die gedruckten Drähte zunehmen, die Impedanz steigt, die Rauschfestigkeit sinkt, und das Gerätevolumen steigt und die Kosten steigen entsprechend. Wenn die Größe zu klein ist, ist die Wärmeableitung nicht gut und benachbarte Linien werden leicht gestört. Im Allgemeinen bestimmt die mechanische Schicht (Mechanical Layer) den physischen Rahmen, das heißt die Umrissgröße der Leiterplatte, und die Keepout Layer (Keepout Layer) ist verboten, den effektiven Bereich des Layouts und der Verkabelung zu bestimmen. Im Allgemeinen sind entsprechend der Anzahl der Funktionseinheiten der Schaltung alle Komponenten der Schaltung integriert, und schließlich werden die beste Form und Größe der Leiterplatte bestimmt. Normalerweise wird ein Rechteck verwendet, und das Seitenverhältnis ist 3:2. Wenn die Größe der Leiterplatte größer als 150mm*200mm ist, sollte die mechanische Festigkeit der Leiterplatte berücksichtigt werden.

2. Das Layout der Leiterplatte

Beim Leiterplattendesign kann sich der Elektroniker nur darauf konzentrieren, die Dichte zu erhöhen, den belegten Raum zu reduzieren, eine einfache Produktion zu machen oder Ästhetik und einheitliches Layout zu verfolgen, wobei der Einfluss des Schaltungslayouts auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ignoriert wird, so dass eine große Anzahl von Signalen in den Raum ausgestrahlt wird. Bilden Sie gegenseitige Einmischung. Ein schlechtes Leiterplattenlayout kann mehr Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) verursachen als sie zu beseitigen.

Die Eigenschaften des Bauteillayouts und der Verdrahtung von digitalen Schaltungen, analogen Schaltungen und Stromkreisen in elektronischen Geräten sind unterschiedlich, und die Interferenzen, die sie erzeugen, und die Methoden zur Unterdrückung von Störungen sind unterschiedlich. Aufgrund der unterschiedlichen Frequenzen von Hoch- und Niederfrequenzschaltungen unterscheiden sich auch deren Störungen und Methoden zur Unterdrückung von Störungen. Daher sollten im Komponentenlayout die digitale Schaltung, die analoge Schaltung und der Stromkreis getrennt platziert werden, und die Hochfrequenzschaltung und die Niederfrequenzschaltung sollten getrennt werden. Wenn möglich, sollten sie separat isoliert oder separat zu einer Leiterplatte verarbeitet werden. Im Layout sollte besonderes Augenmerk auf die Geräteverteilung von starken und schwachen Signalen und die Signalübertragungsrichtung gelegt werden.

2.1 Komponentenlayout der Leiterplatte

Das Layout der Komponenten der Leiterplatte ist dasselbe wie andere Logikschaltungen, und die miteinander verbundenen Komponenten sollten so nah wie möglich platziert werden, damit ein besserer Rauschschutz erzielt werden kann. Die Position der Komponenten auf der Leiterplatte sollte das Problem der anti-elektromagnetischen Störungen vollständig berücksichtigen. Einer der Grundsätze ist, dass die Leitungen zwischen den Komponenten so kurz wie möglich sein sollten. Im Layout sollten der analoge Signalteil, der digitale Hochgeschwindigkeitsschaltteil und der Rauschquellenteil (wie Relais, Hochstromschalter usw.) angemessen getrennt werden, um die Signalkopplung untereinander zu minimieren.

Taktgeneratoren, Kristalloszillatoren und CPU-Takteingänge sind alle anfällig für Rauschen, daher sollten sie näher beieinander sein. Rauschanfällige Geräte, Niederstrom- und Hochstromschaltungen sollten so weit wie möglich von Logikschaltungen ferngehalten werden. Wenn möglich, sollte eine andere Leiterplatte hergestellt werden, was sehr wichtig ist.

Allgemeine Layoutanforderungen für Leiterplattenkomponenten: Das Layout von Schaltungskomponenten und Signalpfaden muss die Kopplung unnötiger Signale minimieren.

1) Low-Level-Signalkanäle können nicht in der Nähe von High-Level-Signalkanälen und ungefilterten Stromleitungen sein, einschließlich Schaltungen, die transiente Prozesse erzeugen können.

2) Trennen Sie analoge Low-Level-Schaltungen und digitale Schaltungen, um eine gemeinsame Impedanzkopplung zwischen analogen Schaltungen, digitalen Schaltungen und Stromkreisen zu vermeiden.

3) Logikschaltungen mit hoher, mittlerer und niedriger Geschwindigkeit benötigen verschiedene Bereiche auf der Leiterplatte.

4) Bei der Anordnung der Schaltung sollte die Signalleitungslänge minimiert werden.

5) Stellen Sie sicher, dass es keine übermäßig langen parallelen Signalleitungen zwischen benachbarten Leiterplatten, zwischen benachbarten Ebenen derselben Leiterplatte und zwischen benachbarten Verkabelungen auf derselben Ebene gibt.

6) Der Filter für elektromagnetische Störungen (EMI) sollte so nah wie möglich an der elektromagnetischen Störquelle sein und auf derselben Platine platziert werden.

2.2 Leiterplattenverdrahtung

Die Zusammensetzung einer Leiterplatte ist eine mehrschichtige Struktur unter Verwendung einer Reihe von Laminierungen, Verdrahtung und Prepreg Verarbeitung auf dem vertikalen Stapel. In der Mehrschichtige Leiterplatte, um das Debuggen zu erleichtern, die Signalleitung wird auf der äußersten Schicht verlegt.

Im Falle der Hochfrequenz können die verteilte Induktivität und die verteilte Kapazität der Leiterplatte, wie Leiterbahnen, Durchkontaktierungen, Widerstände, Kondensatoren und Anschlüsse, nicht ignoriert werden. Widerstand verursacht Reflexion und Absorption von hochfrequenten Signalen. Die verteilte Kapazität der Leiterbahn spielt ebenfalls eine Rolle. Wenn die Länge der Spur größer als 1/20 der entsprechenden Wellenlänge der Rauschfrequenz ist, tritt ein Antenneneffekt auf, und Rauschen wird durch die Spur emittiert.

Die meisten Drahtverbindungen der Leiterplatte werden durch Durchkontaktierungen abgeschlossen. Ein Durchgang kann 0,5pF verteilte Kapazität bewirken, und die Verringerung der Anzahl der Durchgänge kann die Geschwindigkeit erheblich erhöhen.

Das Verpackungsmaterial einer integrierten Schaltung selbst führt eine Kapazität von 2 bis 6 pF ein. Ein Stecker auf der Leiterplatte hat eine verteilte Induktivität von 520nH. Eine Dual-in-Line 24-Pin-Buchse für integrierte Schaltungen führt 4-18nH verteilte Induktivität ein.