PCB-Technologie - EMV-Design in Leiterplattenschaltung

Die Übertragungsrate von Hochgeschwindigkeits-PCB Konstruktion und Verdrahtung beschleunigt sich stetig, aber es bringt auch eine gewisse Anti-Interferenz Schwachstelle. Dies liegt daran, dass je höher die Häufigkeit der Informationsübertragung, die erhöhte Signalempfindlichkeit, und ihre Energie wird immer schwächer. Zur Zeit, Das Verdrahtungssystem ist anfälliger für Störungen. Störung ist überall. Kabel und Geräte stören andere Komponenten oder werden ernsthaft durch andere Störquellen gestört, wie: Computerbildschirme, Mobiltelefone, Elektromotoren, Rundfunkgeräte, Datenübertragungs- und Stromkabel, etc. Darüber hinaus, potentielle Abhörer, Cyberkriminalität, und Hacker nehmen zu, weil ihr Abfangen von UTP-Kabelinformationen enorme Schäden und Verluste verursachen wird.

EMV-Design in Leiterplattenschaltung

Erdungsdesign:

Sobald elektrostatische Entladung auftritt, sollte es erlaubt werden, den Boden so schnell wie möglich zu umgehen und nicht direkt in den internen Kreislauf einzudringen. Zum Beispiel, wenn der interne Schaltkreis durch ein Metallgehäuse abgeschirmt ist, sollte das Chassis gut geerdet sein und der Erdungswiderstand sollte so klein wie möglich sein, damit der Entladestrom von der äußeren Schicht des Chassis in die Erde fließen kann, und zur gleichen Zeit, Die Störung, die durch die Entladung von umgebenden Objekten verursacht wird, kann zur Erde geführt werden, ohne den internen Schaltkreis zu beeinträchtigen. Bei Metallchassis werden die Schaltungen im Chassis normalerweise durch I/O-Kabel, Stromleitungen usw. geerdet. Wenn elektrostatische Entladung am Chassis auftritt, steigt das Potenzial des Chassis, und der interne Schaltkreis wird geerdet und das Potenzial bleibt in der Nähe des Erdungspotenzials. Zu diesem Zeitpunkt gibt es einen großen Potentialunterschied zwischen dem Chassis und der Schaltung. Dies verursacht einen sekundären Lichtbogen zwischen dem Chassis und der Schaltung. Schaden am Stromkreis verursachen. Durch Vergrößerung des Abstandes zwischen Schaltung und Gehäuse kann das Auftreten von Sekundärbögen vermieden werden. Wenn der Abstand zwischen Schaltung und Gehäuse nicht vergrößert werden kann, kann eine geerdete Metallblende zwischen Gehäuse und Schaltung hinzugefügt werden, um den Lichtbogen zu blockieren. Wenn die Schaltung mit dem Chassis verbunden ist, sollte sie nur über einen Punkt angeschlossen werden. Verhindern Sie, dass Strom durch den Stromkreis fließt. Die Stelle, an der die Leiterplatte mit dem Chassis verbunden wird, sollte sich am Kabeleingang befinden. Bei Kunststoffgehäusen gibt es kein Problem der Gehäuseerdung.

Kabelausführung:

Ein richtig konzipiertes Kabelschutzsystem kann der Schlüssel zur Verbesserung der ESD-Nichtanfälligkeit des Systems sein. Als größte "Antenne" in den meisten Systemen sind E/A-Kabel besonders anfällig für große Spannungen oder Ströme, die durch ESD-Interferenzen verursacht werden. Andererseits bietet das Kabel auch einen niederohmigen Weg für ESD-Interferenzen, wenn der Kabelschutz mit der Gehäusemasse verbunden ist. ESD-Störenergie kann durch diesen Kanal aus der Systemerdschleife freigesetzt werden, so dass eine Leitungskopplung indirekt vermieden werden kann. Um die Kopplung der ESD-Störstrahlung an das Kabel zu reduzieren, sollten die Leitungslänge und der Schleifenbereich reduziert, Gleichtaktkupplung unterdrückt und Metallabschirmung verwendet werden. Für Eingangs-/Ausgangskabel können geschirmte Kabel, Gleichtaktdrosseln, Überspannungs-Klemmkreise und Kabelbypass-Filter verwendet werden. An beiden Enden des Kabels muss der Kabelschutz mit dem Gehäuseschild verbunden werden. Die Installation einer Gleichtaktdrossel auf dem Verbindungskabel kann den Gleichtaktspannungsabfall verursachen, der durch elektrostatische Entladung an der Drossel anstelle der Schaltung am anderen Ende verursacht wird. Wenn Sie zwei Schränke mit geschirmten Kabeln verbinden, verbinden Sie die beiden Schränke durch die Abschirmschicht des Kabels miteinander, damit der Potentialunterschied zwischen den beiden Schränken so klein wie möglich sein kann. Dabei ist die Überlappung zwischen Chassis und Kabelabschirmschicht sehr wichtig. Es wird dringend empfohlen, 360º° zwischen dem Chassis an beiden Enden des Kabels und der Kabelabschirmungsschicht zu legen.

Tastatur und Bedienfeld:

Die Konstruktion von Tastatur und Bedienfeld muss sicherstellen, dass der Entladestrom direkt zur Erde fließen kann, ohne empfindliche Schaltkreise zu passieren. Bei isolierten Tastaturen sollte zwischen Schlüssel und Schaltkreis ein Entladungsschutz (z. B. eine Metallhalterung) installiert werden, um einen Entladungsweg für den Entladungsstrom bereitzustellen. Der Entladungsschutz sollte direkt mit dem Chassis oder Rack verbunden sein und nicht mit der Schaltungserde. Natürlich kann die Verwendung eines größeren Knopfes (Vergrößerung des Abstands zwischen dem Bediener und der internen Verdrahtung) elektrostatische Entladung direkt verhindern. Das Design der Tastatur und des Bedienfelds sollte es ermöglichen, dass der Entladestrom den Boden direkt erreicht, ohne empfindliche Schaltkreise zu passieren. Die Verwendung von isolierten Wellen und großen Drehknöpfen kann Entladungen an die Steuertasten oder Potentiometer verhindern. Heutzutage verwenden mehr elektronische Produkttafeln Dünnschichttasten und Dünnschichtanzeigefenster. Da die Folie aus hochspannungsbeständigen Isoliermaterialien besteht, kann sie effektiv verhindern, dass ESD durch die Tasten und Anzeigefenster in den internen Stromkreis gelangt, um Störungen zu verursachen. Darüber hinaus verfügen die meisten Tastaturtasten mittlerweile über Pads aus hochspannungsbeständigen Isolierfolien, die ESD-Interferenzen effektiv verhindern können.

Schaltungsdesign:

Die ungenutzten Eingangsklemmen des Geräts dürfen sich nicht in einem getrennten oder schwimmenden Zustand befinden, sondern sollten direkt oder über einen entsprechenden Widerstand mit der Masse oder dem Stromanschluss verbunden werden. Im Allgemeinen muss die Schnittstellenschaltung, die mit dem externen Gerät verbunden ist, eine Schutzschaltung hinzufügen, die auch das Netzkabel enthält, was vom Hardwaredesign oft übersehen wird. Nehmen Sie den Mikrocomputer als Beispiel, die Verbindungen, die für die Anordnung der Schutzschaltung berücksichtigt werden sollten, sind: serielle Kommunikationsschnittstelle, parallele Kommunikationsschnittstelle, Tastaturschnittstelle, Anzeigeschnittstelle usw.

Filter (Shunt-Kondensatoren oder eine Reihe von Induktivitäten oder eine Kombination aus beiden) müssen im Stromkreis verwendet werden, um eine Kopplung von EMI an das Gerät zu verhindern. Wenn der Eingang eine hohe Impedanz aufweist, ist ein Shunt-Kondensator-Filter am effektivsten, da seine niedrige Impedanz die hohe Eingangsimpedanz effektiv umgehen wird. Je näher der Shunt-Kondensator am Eingang liegt, desto besser. Wenn die Eingangsimpedanz niedrig ist, kann eine Reihe von Ferriten den besten Filter liefern, und diese Ferrite sollten auch so nah wie möglich am Eingang sein.

Verstärkung der Schutzmaßnahmen für interne Schaltkreise. Für Anschlüsse, die unter elektrostatischen Entladungsstörungen mit direkter Leitung leiden können, können Sie einen Widerstand in Reihe oder parallelen Dioden an die positiven und negativen Leistungsklemmen an der I/O-Schnittstelle anschließen. Das Eingangsende der MOS-Röhre ist mit einem 100kΩ-Widerstand in Reihe verbunden, und das Ausgangsende ist mit einem 1kΩ-Widerstand in Reihe verbunden, um den Entladestrom zu begrenzen. Das Eingangsende der TTL-Röhre ist mit einem 22-100Ω-Widerstand in Reihe verbunden, und das Ausgangsende ist mit einem 22-47Ω-Widerstand in Reihe verbunden. Das Eingangsende der analogen Röhre wird in Reihe mit 100Ω～100kΩangeschlossen, und eine Paralleldiode wird hinzugefügt, um den Entladestrom zum positiven oder negativen Pol der Stromversorgung umzuleiten, und das Ausgangsende der analogen Röhre wird in Reihe mit einem Widerstand von 100Ωangeschlossen. Die Installation eines Kondensators auf der Erde auf der I/O-Signalleitung kann den auf dem Schnittstellenkabel induzierten elektrostatischen Entladestrom auf das Gehäuse umleiten und vermeiden, in den Stromkreis zu fließen. Dieser Kondensator leitet aber auch den Strom am Chassis zur Signalleitung. Um diese Situation zu vermeiden, kann zwischen dem Bypass-Kondensator und der Leiterplatte eine Ferrit-Perle installiert werden, um die Impedanz des Weges zur Leiterplatte zu erhöhen. Es ist zu beachten, dass die Widerstandsspannung des Kondensators die Anforderungen erfüllen muss. Die Spannung der elektrostatischen Entladung kann bis zu mehreren tausend Volt betragen. Die Verwendung einer transienten Schutzdiode kann auch wirksam vor elektrostatischer Entladung schützen, aber es sollte beachtet werden, dass, obwohl die Spannung der transienten Störung durch die Diode begrenzt ist, die hochfrequente Störkomponente nicht reduziert wird. Der Hochfrequenz-Bypass-Kondensator, der parallel mit der transienten Schutzdiode verbunden ist, unterdrückt Hochfrequenzstörungen. In Bezug auf Schaltungsdesign und Leiterplattenverdrahtung sollten Gate-Schaltungen und Strobe-Impulse verwendet werden. Diese Eingabemethode kann nur Schäden verursachen, wenn elektrostatische Entladung und Strobe gleichzeitig auftreten. Das Impulsrandtrigger-Eingangsverfahren ist sehr empfindlich gegenüber Transienten, die durch elektrostatische Entladung verursacht werden und sollte nicht verwendet werden.

PCB-Design:

Gutes PCB-Design kann die Auswirkungen von ESD-Interferenzen auf Produkte effektiv reduzieren. Dies ist auch ein wichtiger Teil des ESD-Designs in der elektromagnetischen Verträglichkeit Design. Sie können detaillierte Anleitungen aus diesem Teil des Kurses erhalten. Bei der Umsetzung von Gegenmaßnahmen zur elektromagnetischen Verträglichkeit für ein fertiges Produkt ist es schwierig, die Leiterplatte neu zu gestalten (Verbesserungskosten sind zu hoch), daher werde ich sie hier nicht vorstellen.