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Tecnología de PCB

Tecnología de PCB - Efecto de impedancia de la placa de circuito impreso

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Tecnología de PCB - Efecto de impedancia de la placa de circuito impreso

Efecto de impedancia de la placa de circuito impreso

2021-09-16
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Author:Aure

a. Se prestará especial atención a la lucha contra las interferencias electromagnéticas en los siguientes sistemas:

1 - 1. La frecuencia de reloj del Microcontrolador es especialmente alta, el ciclo de bus es especialmente rápido.

1 - 2. El sistema incluye circuitos de conducción de alta potencia y alta corriente, como relés de generación de chispas, interruptores de alta corriente, etc.

1 - 3. El sistema incluye un circuito de señal analógica débil y un circuito de conversión a / D de alta precisión.

Frecuencia de reloj del Microcontrolador

A fin de mejorar la capacidad del sistema de lucha contra las interferencias electromagnéticas, deben adoptarse las siguientes medidas:

1. Seleccione un Microcontrolador de baja frecuencia:

El uso de microcontroladores con baja frecuencia de reloj externo puede reducir eficazmente el ruido y mejorar la capacidad anti - interferencia del sistema. Para la misma frecuencia de Onda cuadrada y onda sinusoidal, el componente de alta frecuencia de Onda cuadrada es mucho mayor que la onda sinusoidal. Aunque la amplitud del componente de alta frecuencia de la Onda cuadrada es menor que la de la onda fundamental, cuanto mayor es la frecuencia, más fácil es emitir como fuente de ruido. El ruido de alta frecuencia más influyente producido por el Microcontrolador es aproximadamente tres veces la frecuencia del reloj.

2. Reducir la distorsión en la transmisión de señales

El Microcontrolador se fabrica principalmente mediante tecnología CMOS de alta velocidad. La corriente de entrada estática en la entrada de la señal es de aproximadamente 1 ma, la Capacitancia de entrada es de aproximadamente 10 PF, y la Impedancia de entrada es bastante alta. La salida del circuito CMOS de alta velocidad tiene una gran capacidad de carga, es decir, un gran valor de salida. Si la salida de una puerta se conduce a una entrada con una Impedancia de entrada relativamente alta a través de una línea más larga, el problem a de reflexión es muy grave, lo que resulta en una distorsión de la señal y un aumento del ruido del sistema. Cuando TPD > TR, se convierte en un problem a de línea de transmisión. La reflexión de la señal y el emparejamiento de impedancia deben ser considerados.

El tiempo de retardo de la señal en la placa de circuito impreso está relacionado con la impedancia característica del conductor, es decir, con la constante dieléctrica del material de la placa de circuito impreso. Se puede pensar aproximadamente que la velocidad de transmisión de la señal en el cable de la placa de circuito impreso es de aproximadamente 1 / 3 a 1 / 2 de la velocidad de la luz. El TR (tiempo de retardo estándar) de los componentes telefónicos lógicos comunes en un sistema de microcontroladores está entre 3 y 18 ns.

En la placa de circuito impreso, la señal pasa a través de una resistencia de 7 W y un cable de 25 cm de largo, el tiempo de retardo en línea es de aproximadamente 4 ~ 20 ns. En otras palabras, cuanto más corta sea la línea de señal en el circuito impreso, mejor, la longitud máxima no debe exceder de 25 cm. Además, el número de agujeros debe ser lo menos posible, preferiblemente no más de 2. [url href = www.51dz.com / d.asp? I = topmanazhi] > > más

Cuando el tiempo de subida de la señal es más rápido que el tiempo de retardo de la señal, debe ser procesado de acuerdo con la electrónica rápida. En este caso, debe considerarse la correspondencia de impedancia de la línea de transmisión. TD > TRD debe evitarse para la transmisión de señales entre bloques de circuitos impresos. Cuanto más grande es la placa de circuito impreso, más rápido es el sistema, no demasiado rápido.

Se resumen las normas de diseño de la placa de circuito impreso y se extraen las siguientes conclusiones:

Cuando la señal se transmita en una placa de circuito impreso, el tiempo de retraso no será superior al tiempo de retraso nominal del equipo utilizado.


3. Reducir la interferencia cruzada entre líneas de señal:

En el punto d, debido a la transmisión hacia adelante de la señal en el punto A, el reflejo de la señal después de la llegada al punto B y el retraso de la línea AB, la señal de pulso con ancho de página tr se detecta después del tiempo TD. En el punto C, debido a la transmisión y reflexión de la señal en AB, se producirá una señal de pulso positivo con el doble de ancho que el tiempo de retardo de la señal en la línea AB, es decir, 2td. Esta es la interferencia cruzada entre las señales. La intensidad de la señal de interferencia está relacionada con la di / at y el espaciamiento de la línea de la señal del punto c. Cuando dos líneas de señal no son muy largas, lo que ves en AB es realmente la superposición de dos pulsos.

El Microcontrolador fabricado por el proceso CMOS tiene alta Impedancia de entrada, Alto ruido y alta tolerancia al ruido. El circuito digital se superpone con ruido de 100 ~ 200 MV sin afectar su funcionamiento. Si la primera prueba analógica es una señal AB, la interferencia se vuelve insoportable. Si la placa de circuito impreso es una placa de cuatro capas, una de las cuales es una gran área de tierra, o una placa de doble cara, y el lado opuesto de la línea de señal es una gran área de tierra, entonces la interferencia cruzada entre las señales se reduce. La razón es que la impedancia característica de la línea de señal se reduce en gran medida y la reflexión de la señal en el extremo D se reduce en gran medida. La impedancia característica es inversamente proporcional al cuadrado de la constante dieléctrica desde la línea de señal hasta el suelo y directamente proporcional al Logaritmo natural del espesor del Medio. Si la primera prueba de simulación es AB, se evitará la interferencia de CD con AB. Hay una gran área debajo de la línea AB. La distancia entre la línea AB y la línea CD es mayor que la distancia entre la línea AB y el suelo. La puesta a tierra puede ser protegida localmente y los cables de puesta a tierra pueden ser colocados a la izquierda y a la derecha de los cables de plomo en un lado con conexiones de plomo.


4. Reducir el ruido de la fuente de alimentación

Cuando la fuente de alimentación suministra energía al sistema, también añade ruido a la fuente de alimentación. Las líneas de reinicio, las líneas de interrupción y otras líneas de control de microcontroladores son las más susceptibles al ruido externo. La fuerte interferencia en la red eléctrica entra en el circuito a través de la fuente de alimentación. Incluso en el sistema de alimentación de baterías, las propias baterías tienen ruido de alta frecuencia. La señal analógica en el circuito analógico no puede soportar la interferencia de la fuente de alimentación.


5. Preste atención a las características de alta frecuencia de las placas y componentes de circuitos impresos

A alta frecuencia, no se puede descuidar el plomo, el orificio, la resistencia, la Capacitancia, la distribución del conector, la Inductancia y la Capacitancia en la placa de circuito impreso. La Capacitancia distribuida de la Capacitancia y la Inductancia no puede ser ignorada. La resistencia reflejará la señal de alta frecuencia, y la Capacitancia distribuida del cable funcionará. Cuando la longitud es mayor de 1 / 20 de la longitud de onda correspondiente a la frecuencia de ruido, se producirá un efecto de antena y el ruido se propagará hacia el exterior a través de los cables.

El orificio de la placa de circuito impreso produce una Capacitancia de aproximadamente 0,6 PF.

El material de embalaje del circuito integrado introduce condensadores de 2 ~ 6 PF.

El conector de la placa de circuito tiene una Inductancia distribuida de 520nh. La Inductancia distribuida de 4 ~ 18 nh se introduce en la base del chip IC de 24 Pines.

Estos pequeños parámetros distribuidos son insignificantes para los sistemas de Microcontrolador de baja frecuencia. Debe prestarse especial atención a los sistemas de alta velocidad.


6. Distribución racional de los componentes

La disposición de los componentes de la placa de circuito impreso debe tener plenamente en cuenta la resistencia a las interferencias electromagnéticas. Uno de los principios es que los cables entre los componentes deben ser lo más cortos posible. En la disposición, la parte de la señal analógica, la parte del circuito digital de alta velocidad y la parte de la fuente de ruido (como el relé, el interruptor de alta corriente, etc.) deben separarse razonablemente para reducir al mínimo el acoplamiento de la señal entre ellos.


7. Tratamiento de los cables de tierra

En una placa de circuito impreso, el cable de alimentación y el cable de tierra son los más importantes. El método más importante para superar la interferencia electromagnética es la puesta a tierra.

Para las placas de doble cara, la disposición del cable de tierra es especial. Mediante un método de puesta a tierra de un solo punto, la fuente de alimentación y la puesta a tierra se conectan desde ambos extremos de la fuente de alimentación a la placa de circuito impreso, un contacto para la fuente de alimentación y un contacto para la puesta a tierra. En una placa de circuito impreso, debe haber varios cables de tierra de bucle que se reunirán en los contactos de la fuente de alimentación de bucle, que se llama tierra de un solo punto. La llamada puesta a tierra analógica, la puesta a tierra digital y la apertura de equipos de alta potencia significan que el cableado se separa y finalmente se reúne en el punto de puesta a tierra. Los cables blindados se utilizan generalmente cuando se conectan a señales fuera de una placa de circuito impreso. Para señales de alta frecuencia y digitales, ambos extremos del cable blindado están conectados a tierra. Un extremo del cable de blindaje de señales analógicas de baja frecuencia debe estar conectado a tierra.

Los circuitos que sean muy sensibles al ruido y a las perturbaciones o que tengan un ruido de alta frecuencia especialmente grave estarán protegidos por una cubierta metálica.


8. Use condensador de desacoplamiento.

Un buen condensador de desacoplamiento de alta frecuencia puede eliminar componentes de alta frecuencia de hasta 1 GHz. Los condensadores cerámicos de chip o multicapa tienen buenas características de alta frecuencia. Al diseñar una placa de circuito impreso, se a ñadirán condensadores de desacoplamiento entre la fuente de alimentación y la puesta a tierra de cada circuito integrado. El condensador de desacoplamiento tiene dos funciones: por un lado, el condensador de almacenamiento de energía IC proporciona y absorbe la energía de carga y descarga instantánea del interruptor de puerta IC; Por otra parte, se pasa por alto el ruido de alta frecuencia del equipo. El condensador de desacoplamiento típico de 0,1 UF en el circuito digital tiene una Inductancia distribuida de 5 NH, su frecuencia de resonancia paralela es de aproximadamente 7 MHz, lo que significa que tiene un buen efecto de desacoplamiento para el ruido por debajo de 10 MHz y poco efecto para el ruido por encima de 40 MHz.

Los condensadores 1uf y 10uf tienen una frecuencia de resonancia paralela superior a 20mhz, lo que puede eliminar el ruido de alta frecuencia. El uso de condensadores de alta frecuencia de 1uf o 10uf suele ser ventajoso cuando la fuente de alimentación entra en el tablero impreso. Incluso un sistema alimentado por batería necesita este condensador.

Se a ñadirá un condensador de descarga de carga o un condensador de descarga de almacenamiento por cada 10 ci. La Capacitancia puede ser de 10 UF. Es mejor no usar condensadores electrolíticos. El Condensador electrolítico está enrollado por dos capas de película de Pu. Esta estructura de enrollado se muestra como Inductancia de alta frecuencia. Es mejor utilizar condensadores biliares o policarbonato para fabricar condensadores.

El valor de la Capacitancia de desacoplamiento no se selecciona estrictamente y puede calcularse como C = 1 / F; Es decir, 10 MHz toma 0,1 UF, para el sistema compuesto por Microcontrolador, puede tomar 0,1 ~ 0,01 UF.


Tercero, Algunas experiencias en la reducción del ruido y la interferencia electromagnética.

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Si se pueden utilizar chips de baja velocidad, no se necesitan chips de alta velocidad. Chips de alta velocidad para posiciones críticas.

Se puede utilizar una serie de resistencias para reducir la velocidad de salto de los bordes superior e inferior del Circuito de control.

Trate de proporcionar algún tipo de amortiguación para relés, etc.

Utilice el reloj de frecuencia más bajo que cumpla con los requisitos del sistema.

El generador de reloj está lo más cerca posible del dispositivo que utiliza el reloj. La carcasa del Oscilador de cristal de cuarzo estará conectada a tierra.

La bobina de tierra sale de la zona del reloj y la línea del reloj debe ser lo más corta posible.

El circuito de accionamiento de E / s debe estar lo más cerca posible de la placa de circuito impreso para que pueda salir de la placa de circuito impreso lo antes posible. Las señales que entren en la placa de circuito impreso se filtrarán y las señales de la zona de alto ruido también se filtrarán. Al mismo tiempo, se debe utilizar el método de resistencia en serie para reducir la reflexión de la señal.

Los terminales no utilizados de MCD deben estar conectados a tierra o a tierra, o definidos como terminales de salida. Todos los terminales del circuito integrado conectados a tierra a la fuente de alimentación deberán estar conectados y no suspendidos.

La terminal de entrada del Circuito de puerta no utilizado no debe ser suspendida, la terminal de entrada positiva del amplificador operativo no utilizado debe ser puesta a tierra, y la terminal de entrada negativa debe ser conectada a la terminal de salida. En la medida de lo posible, la placa de circuito impreso debe utilizar 45 líneas rotas en lugar de 90 líneas rotas para reducir la transmisión externa y el acoplamiento de señales de alta frecuencia.

Los PCB se dividen por frecuencia y características de conmutación de corriente, y los componentes ruidosos y no ruidosos deben mantenerse alejados de los PCB.

La fuente de alimentación de un solo punto y el cable de tierra de un solo punto se utilizarán para la placa única y la placa doble. El cable de alimentación y el cable de tierra deben ser lo más gruesos posible. Si el precio es razonable, la bobina multiplaca debe utilizarse para reducir la Inductancia capacitiva de la fuente de alimentación y el suelo.

Las señales de selección de reloj, bus y chip deben estar lejos de las líneas de E / S y los conectores.

Las líneas analógicas de entrada de tensión y los terminales de referencia de tensión deben mantenerse lo más alejados posible de las líneas de señal de los circuitos digitales, especialmente los relojes.

Para los dispositivos A / D, las partes digitales y analógicas deben ser uniformes, no cruzadas.

La interferencia de la línea de reloj perpendicular a la línea de E / s es menor que la de la línea de E / s paralela, y el pin del componente de reloj está lejos del cable de E / S.

El PIN del componente debe ser lo más corto posible, y el pin del condensador de desacoplamiento debe ser lo más corto posible.

Las líneas críticas deben ser lo más gruesas posible, con zonas de protección adicionales a ambos lados. Las líneas de alta velocidad deben ser cortas y rectas.

Las líneas sensibles al ruido no deben ser paralelas a las líneas de conmutación de alta corriente y alta velocidad.

No coloque cables debajo de cristales de cuarzo y dispositivos sensibles al ruido.

No forme circuitos de corriente alrededor de circuitos de señal débiles y circuitos de baja frecuencia.

No forme un bucle para ninguna señal. Si es inevitable, el área del bucle debe reducirse en la medida de lo posible.

Un condensador de desacoplamiento por IC. Se a ñadirá un pequeño condensador de derivación de alta frecuencia a cada Condensador electrolítico.

El condensador de tantalio de gran capacidad o condensador de condensación se utiliza como condensador de almacenamiento de energía de descarga de carga en lugar de Condensador electrolítico. Cuando se utilicen condensadores tubulares, la carcasa se pondrá a tierra.