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Blog de PCB - Diseño de compatibilidad electromagnética basado en PCB

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Diseño de compatibilidad electromagnética basado en PCB

2022-03-04
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Author:pcb

1... En el interiortroduction to PCB
PCB, El nombre chino es Placa de circuito impreso,Es un componente electrónico importante, Soporte de componentes electrónicos, Proveedor de conexiones eléctricas para componentes electrónicos. Porque está hecho de impresión electrónica, Se llama placa de circuito impreso.. El inventor de la placa de circuito impreso fue Paul Eisler de Austria., En 193.........6, utilizó una placa de circuito impreso en un dispositivo de radio. 194.3, La tecnología es ampliamente utilizada por los estadounidenses en la radio militar. 1948, Los Estados Unidos reconocen oficialmente la invención para uso comercial. La tecnología de placas de circuitos impresos se ha utilizado ampliamente desde mediados de la década de 1950.. En Placa de circuito impreso, La interconexión entre componentes electrónicos se realiza mediante la conexión directa de cables. Ahora, La placa de circuito sólo existe como una herramienta experimental eficaz; Placa de circuito impreso Se ha convertido en el líder de la industria electrónica. Clasificación por número de capas de circuito: se divide en un solo lado, Placas dobles y multicapas. Las placas multicapa comunes son generalmente de 4 o 6 capas., El complejo multicapa puede alcanzar más de 10 capas.

Placa de circuito impreso

1. Hay tres tipos principales de División PCB Board:
1) Single panel
A single-sided board is a basic PCB with parts concentrated on one side and wires on the other side. Porque los cables sólo aparecen en un lado, Este tipo de PCB se llama un solo lado. Debido a que hay muchas restricciones estrictas en el diseño de circuitos de una sola placa, Sólo los circuitos tempranos usaban estos tipos de circuitos.
2....) Double panel
The double-sided circuit board has wiring on both sides, En lugar de usar cables en ambos lados, Debe haber una conexión eléctrica adecuada entre los dos lados. Este "puente" entre circuitos se llama a través de agujeros. Un agujero es un agujero en un PCB., Para llenar o recubrir metal., Cables que se pueden conectar a ambos lados. Porque el área de la placa de doble cara es el doble de la del panel único, Porque el cableado puede entrelazarse, Es más adecuado para circuitos más complejos que una sola placa de circuito.
3) Multilayer board
In order to increase the area that can be wired, Multicapas que utilizan más paneles de cableado de un solo lado o de dos lados. Placa de circuito impreso interna de doble cara, Dos capas exteriores unilaterales, O dos capas interiores de doble cara y dos capas exteriores de un solo lado, Alternar el sistema de posicionamiento y el material de unión aislante, Patrón conductor. Las placas de circuitos impresos interconectadas se dividen en cuatro y seis capas de acuerdo con los requisitos de diseño. Placa de circuito impreso, También se llama multicapa Placa de circuito impreso. El número de capas de la placa representa varias capas de cableado separadas, Normalmente el número de capas es par, Incluye dos capas exteriores. La mayoría de las placas madre son de 4 a 8 capas, Pero técnicamente, Casi 100 capas PCB BoardSe puede lograr. La mayoría de las supercomputadoras grandes usan placas madre multicapas, Pero debido a que tales computadoras pueden ser reemplazadas por muchos clusters de computadoras comunes, Los paneles multicapas han dejado de funcionar. Debido a que las capas de PCB están estrechamente unidas, A menudo no es fácil ver los números reales, Pero si miras la placa base, Todavía puedes verlo..

Clasificación por hardware y software, Se divide en placa de circuito general y placa de circuito flexible. PCB es la Plataforma de trabajo de los componentes del Circuito en el equipo electrónico. Proporciona conexiones eléctricas entre los componentes del circuito. Su rendimiento está directamente relacionado con la calidad de los equipos electrónicos. Con el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica y la mejora de la integración de circuitos, Densidad de componentes en PCB Board Cada vez más alto, El sistema funciona cada vez más rápido, Esto hace que el diseño EMC de PCB sea cada vez más importante, Convertirse en un circuito es la clave para el funcionamiento estable y normal del sistema.

2. Common EMI in PCB

There are two ways to solve the electromagnetic compatibility problem in PCB Diseño: active reduction and passive compensation. Por esta razón, La fuente de interferencia y la trayectoria de propagación de la interferencia electromagnética deben ser analizadas.. La interferencia electromagnética en el diseño de PCB incluye: interferencia conducida, Interferencia cruzada e interferencia radiativa.
2.1 Conducted interference
Conducted interference mainly affects other circuits through wire coupling and common mode impedance coupling. Por ejemplo:, Si el ruido entra en el sistema a través del Circuito de alimentación, Todos los circuitos que utilizan energía se verán afectados. La figura 1 muestra el acoplamiento del ruido a través de impedancia de modo común. Los circuitos 1 y 2 utilizan un cable común para obtener la tensión de alimentación y el circuito de tierra. Si el voltaje del circuito 1 necesita aumentar repentinamente, El voltaje del circuito 2 debe ser causado por una fuente de alimentación común y la impedancia entre los dos circuitos disminuye..
2.2 Crosstalk Interferencia
Crosstalk is when one signal line interferes with another adjacent signal path. Generalmente ocurre en circuitos y conductores adyacentes, Características de la Capacitancia mutua y la Inductancia mutua entre el circuito y el conductor. Por ejemplo:, Las líneas de banda en PCB llevan señales de bajo nivel, Cuando la longitud de la conexión paralela supere los 10 cm, Interferencia cruzada. Debido a que la conversación cruzada puede ser causada por la Capacitancia mutua del campo eléctrico y la Inductancia mutua del campo magnético, Cuando se considera el problema de la conversación cruzada en la línea de banda de PCB, El principal problema es determinar el acoplamiento entre el campo eléctrico y el campo magnético..
2.3 Radiated Interference
Radiated interference is the interference introduced by the radiation of space electromagnetic waves. La interferencia de radiación en PCB es principalmente la interferencia de radiación de corriente de modo común entre el cable y el circuito interno.. Cuando las ondas electromagnéticas irradian a la línea de transmisión, surgen problemas de acoplamiento de la línea de campo.. Las pequeñas fuentes de tensión distribuidas a lo largo de la línea se pueden dividir en componentes de modo común y modo diferencial.. La corriente de modo común se refiere a la corriente que tiene una pequeña diferencia de amplitud pero la misma fase en dos líneas., La corriente de modo diferencial se refiere a la corriente en dos cables con la misma amplitud y fase opuesta..

3. Electromagnetic compatibility design of PCB
With the increasing density of electronic components and circuits on the PCB Board, Con el fin de mejorar la fiabilidad y estabilidad del sistema, Deben adoptarse medidas para PCB Board Cumplir los requisitos de compatibilidad electromagnética y mejorar el rendimiento anti - interferencia del sistema.

3.1 Selección PCB Board
In PCB Board design, Debido al acoplamiento mutuo de los campos electromagnéticos, se producirá una conversación cruzada entre las señales de las líneas de transmisión adyacentes.. Por consiguiente,, Diseño de la compatibilidad electromagnética de los PCB, En primer lugar, considerar el tamaño del PCB. PCB demasiado grande, La línea de impresión es demasiado larga, La impedancia inevitablemente aumentará, La capacidad anti - ruido disminuirá, Los costos también aumentarán; Si el tamaño del PCB es demasiado pequeño, Las líneas de transmisión adyacentes son propensas a la conversación cruzada, Mal rendimiento de disipación de calor. Número de capas PCB Board De acuerdo con los factores integrales de la fuente de alimentación, Tipo de suelo, Densidad de la línea de señal, Frecuencia de la señal, Número de señales necesarias para el cableado especial, Elementos circundantes, Costos y precios. Cumplir los estrictos requisitos de EMC y considerar el coste de fabricación, El aumento adecuado del suelo es uno de los métodos de diseño de PCB EMC. Para la capa de alimentación, La partición de la capa eléctrica interna generalmente puede satisfacer las necesidades de varias fuentes de energía, Pero si se requieren múltiples fuentes de alimentación y se utilizan alternativamente, Debe considerarse un plano de alimentación de dos o más capas. Para la capa de señal, Además de considerar la densidad de cableado de la línea de señal, Desde la perspectiva de EMC, También es necesario considerar el blindaje o aislamiento de las señales críticas, Para determinar si se debe aumentar el número de capas correspondientes.

3.2 PCB layout design
The layout of the PCB should generally follow the following principles:
(1) Try to shorten the connection between high-frequency components and reduce their distribution parameters and mutual electromagnetic interference. Las partes vulnerables no deben acercarse demasiado, Las entradas y salidas deben mantenerse lo más alejadas posible.
(2) There may be a high voltage between some components or wires, Y la distancia entre ellos debe aumentarse para evitar cortocircuitos accidentales causados por la descarga..
(3) The device with large heat generation should leave space for the heat sink, Incluso se instala en la placa inferior de toda la máquina para facilitar la disipación de calor. El elemento de calefacción debe mantenerse alejado del elemento de calefacción..
(4) Arrange the position of each functional unit according to the circuit flow, Esta disposición facilita el flujo de señales, La señal puede permanecer en la misma dirección en la medida de lo posible.
(5) Take the component of each functional module as the center, Y se coloca alrededor de él para minimizar y acortar la longitud de los cables y conexiones entre los componentes.
(6) Comprehensively consider the distribution parameters among the components. Alinear los componentes lo más paralelamente posible, Esto no sólo ayuda a mejorar la capacidad anti - interferencia, Y la apariencia es hermosa, fácil de producir en masa.

3.3 Layout design of components
Compared with discrete components, Los componentes de CI tienen una buena estanqueidad, Menos juntas de soldadura, baja tasa de fallo, Debe darse prioridad a. Al mismo tiempo, La selección de un dispositivo con una pendiente de señal más baja puede reducir el componente de alta frecuencia generado por la señal. Hacer pleno uso de los componentes SMD puede acortar la longitud de la conexión, Reducir la Impedancia, Mejorar la compatibilidad electromagnética. Al organizar los componentes, Primero agruparlos de alguna manera, Ponlos en el mismo grupo., Y los componentes incompatibles están dispuestos por separado para asegurar que los componentes no interfieran espacialmente entre sí. Además, Los componentes pesados se sujetarán con soportes.

3.4 diseño de cableado PCB Board
El principio general del diseño de la disposición de PCB es establecer primero el reloj y la línea de señal sensible, A continuación, coloque la línea de señal de alta velocidad, Líneas de señal insignificantes. Cableado, Sobre la base de los principios generales, the following details need to be considered:
(1) In the multi-layer board wiring, a "well"-shaped network structure is used between adjacent layers;
(2) Reduce wire bending and avoid sudden change in wire width. Para evitar cambios en la impedancia característica, the corners of the signal lines should be designed into arcs or connected with 45-degree broken lines;
(3) The distance between the outer conductors or components of the PCB Board Distancia al borde de la placa de circuito impreso no inferior a 2 mm, Esto no sólo evita que la impedancia característica cambie, but also facilitates PCB clamping;
(4) For devices that must lay a large area of copper foil, they should be grid-shaped and connected to the ground through vias;
(5) Short and thin wires can effectively suppress interference, Pero un ancho de alambre demasiado pequeño aumenta la resistencia del alambre. La anchura del cable depende de la corriente que pasa a través del cable. En general, Para cobre de espesor 0.La carga de corriente permitida de la lámina de 0,5 mm y 1 mm de ancho es 1a. Para circuitos integrados digitales de baja potencia, Ancho de línea de 0.2 - 0.Opcional de 5 mm. En el mismo PCB, La anchura del suelo y del cable de alimentación debe ser mayor que la del cable de señal..

3.Diseño de la línea eléctrica PCB Board
(1) According to the size of the PCB current of the printed board, Aumentar el ancho del cable de alimentación y del cable de tierra en la medida de lo posible para reducir la resistencia del bucle. Al mismo tiempo, Alinear la dirección del cable de alimentación y el cable de tierra con la dirección de transmisión de datos, Ayuda a mejorar la capacidad anti - ruido. .
(2) Try to use SMD components, Acortar la longitud del Pin, Reducir el área del Circuito de alimentación del condensador de desacoplamiento, Y reducir la influencia de la Inductancia distribuida de los componentes..
(3) Add a power filter to the front end of the power transformer to suppress common mode noise and differential mode noise, Aislamiento de la interferencia del ruido impulsivo externo e interno.
(4) Filter capacitors and decoupling capacitors should be added to the power supply lines of the printed circuit board. A ñadir un Condensador electrolítico de gran capacidad a la toma de corriente de la placa para el filtrado de baja frecuencia, A continuación, un condensador cerámico de pequeña capacidad está conectado en paralelo para el filtrado de alta frecuencia..
(5) Do not overlap the analog power supply and the digital power supply to avoid coupling capacitance and mutual interference.

3.6 diseño del cable de tierra PCB Board
(1) In order to reduce the ground loop interference, Es necesario encontrar un método para eliminar la formación de corriente de bucle. Inequívocamente, Transformador de aislamiento, Aislamiento optocoupler, Etc.. Se puede utilizar para cortar la formación de corriente en el circuito de puesta a tierra, O puede utilizar un circuito de equilibrio para eliminar la corriente del bucle.
(2) In order to eliminate the coupling of the common impedance, La impedancia del cable de tierra común debe reducirse, Los cables eléctricos se engrosarán o se colocarán con cobre en el suelo; Por otra parte, La interferencia mutua puede evitarse mediante un método adecuado de puesta a tierra., Como un solo punto y conectado, La puesta a tierra híbrida de un solo punto en serie elimina completamente la impedancia común.
(3) In order to eliminate the interference of digital devices to analog devices, La puesta a tierra digital y la puesta a tierra analógica deben separarse, Los dispositivos analógicos y digitales se establecerán por separado.. La mayoría de los circuitos de alta frecuencia están conectados a tierra en serie. El cable de tierra debe ser corto y grueso, Los elementos de alta frecuencia deben estar rodeados por un escudo de cobre de gran área en forma de cuadrícula.

3.7 disposición del circuito Oscilador de cristal abierto PCB Board
Alta frecuencia del circuito Oscilador de cristal, Esto lo convierte en una importante fuente de interferencia en el sistema.. Sobre la disposición del circuito Oscilador de cristal, there are the following considerations:
(1) The crystal oscillator circuit is as close as possible to the integrated block, Y todas las líneas de impresión de la entrada de conexión/El terminal de salida del Oscilador de cristal es lo más corto posible para reducir la interferencia acústica y la influencia de la Capacitancia distribuida en el Oscilador de cristal..
(2) The ground wire of the crystal oscillator capacitor should be connected to the device using the wide and short printed wire as possible; the digital ground pins close to the crystal oscillator should minimize the number of vias.
(3) The crystal case is grounded.

3.8 Diseño de protección electrostática PCB Board
La Descarga electrostática se caracteriza por un alto potencial, Baja carga, Gran corriente y corto tiempo. The electrostatic protection of PCB design can be considered from the following aspects:
(1) Try to choose components with high anti-static level, Los elementos sensibles con baja capacidad antiestática deben mantenerse alejados de la fuente de Descarga electrostática. Los resultados experimentales muestran que la distancia de ruptura de la tensión estática por kilovoltio es de aproximadamente 1 mm., Por lo tanto, si el componente se mantiene a una distancia de 16 mm de la fuente de Descarga electrostática, the electrostatic voltage of about 16KV can be resisted;
(2) Ensure that the signal return has a short path, and selectively add filter capacitors and decoupling capacitors to improve the electrostatic discharge immunity of the signal line;
(3) Use protection devices such as voltage transient suppression diodes to protect the circuit;
(4) Relevant personnel must wear an electrostatic wristband when touching the PCB to avoid electrostatic accumulation damage caused by the movement of human charge.

4. Conclusion
PCB electromagnetic compatibility design is to reduce external electromagnetic radiation and improve the ability to resist electromagnetic interference. La clave del diseño es la disposición y el cableado razonables.. Los métodos y técnicas presentados en este documento son útiles para mejorar las características EMC de los PCB de alta velocidad.. Por supuesto., Estos son sólo algunos de los diseños de EMC. Ruido reflejado, Ruido emitido por radiación, Por lo general, se consideran otras cuestiones técnicas de proceso. Interference. En el diseño real, Deben adoptarse medidas razonables de lucha contra las interferencias electromagnéticas de acuerdo con los requisitos del objetivo de diseño y las condiciones de diseño., Diseño Placa de circuito impreso Tiene un buen rendimiento EMC.