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Blogue PCB
Conception de la compatibilité électromagnétique basée sur le PCB
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Conception de la compatibilité électromagnétique basée sur le PCB

Conception de la compatibilité électromagnétique basée sur le PCB

2022-03-04
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Author:pcb

((1)). Introduction to PCB
PCB, Le nom chinois est Circuits imprimés,Est un élément électronique important, Support des composants électroniques, Et fournisseurs de connexions électriques pour composants électroniques. Parce qu'il a été fabriqué par impression électronique, C'est ce qu'on appelle une carte de circuit imprimé.. L'inventeur de la carte de circuit imprimé est l'Autrichien Paul Eisler, Qui a utilisé la carte de circuit imprimé dans un appareil radio en 193.........6. 194.3, Les Américains ont largement utilisé cette technologie dans la Radio militaire. 1948, Les États - Unis reconnaissent officiellement l'utilisation commerciale de l'invention. La technologie des circuits imprimés n'a été largement utilisée qu'au milieu des années 1950.. In Circuits imprimés, L'interconnexion entre les composants électroniques se fait par une connexion directe des fils. Maintenant., La carte de circuit n'existe qu'en tant qu'outil expérimental efficace; Circuits imprimés A commencé à dominer l'industrie électronique. Classification par niveau de circuit: divisé en un seul côté, Panneaux recto - verso et multicouches. Les panneaux multicouches courants sont généralement des panneaux à 4 ou 6 couches., Et les panneaux multicouches complexes peuvent atteindre plus de dix couches.

Circuits imprimés

1. Il existe trois principaux types de secteurs 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. Parce que le fil n'apparaît que d'un côté, Ce type de PCB est appelé PCB recto - verso. Parce qu'il y a beaucoup de limites strictes dans la conception des circuits, Seuls les circuits antérieurs utilisent ce type de carte.
2) Double panel
The double-sided circuit board has wiring on both sides, Mais il faut des fils de chaque côté., Il doit y avoir une connexion de circuit correcte entre les deux côtés. Ce "pont" entre les circuits est appelé un trou de travers. Les trous de travers sont de petits trous sur les PCB, Remplir ou recouvrir de métal, Peut être connecté aux fils des deux côtés. Parce que les panneaux doubles sont deux fois plus grands que les panneaux simples, Parce que le câblage peut être décalé, Il convient mieux aux circuits plus complexes qu'une seule carte de circuit.
3) Multilayer board
In order to increase the area that can be wired, Les panneaux multicouches utilisent plus de blocs terminaux recto - verso ou recto - verso. Une carte de circuit imprimé avec double couche intérieure, Deux couches extérieures unilatérales, Ou deux couches intérieures recto - verso et deux couches extérieures recto - verso, Alternativement par un système de positionnement et un matériau de liaison isolant, Et les modèles conducteurs. Les circuits imprimés interconnectés selon les exigences de conception sont divisés en quatre et six couches Circuits imprimés, Aussi appelé multicouche Circuits imprimés. Le nombre de couches de circuits imprimés représente plusieurs couches de câblage indépendantes, En général, le nombre de couches est pair, Comprend deux couches extérieures. La plupart des cartes mères sont de 4 à 8 étages, Mais techniquement,, Près de 100 étages PCB boardC'est possible.. La plupart des grands superordinateurs utilisent des cartes mères multicouches, Mais parce que de tels ordinateurs peuvent être remplacés par de nombreux Clusters d'ordinateurs ordinaires, Les panneaux multicouches ne sont plus utilisés. Parce que les couches de PCB sont étroitement liées, Les chiffres réels ne sont généralement pas faciles à voir, Mais si vous regardez attentivement le tableau principal, Tu peux encore le voir..

Trier par Soft hard, Il est divisé en circuits imprimés ordinaires et flexibles. Les PCB sont la plate - forme de travail des composants de circuit dans les équipements électroniques. Il fournit une connexion électrique entre les composants du circuit. Ses performances sont directement liées à la qualité des équipements électroniques. Avec le développement rapide de la microélectronique et l'amélioration de l'intégration des circuits, Densité des composants sur la surface PCB board De plus en plus haut, Le système fonctionne de plus en plus rapidement, Cela rend la conception de la compatibilité électromagnétique des PCB de plus en plus importante, Devenir un circuit est la clé du fonctionnement stable et normal du système.

2. Common EMI in PCB

There are two ways to solve the electromagnetic compatibility problem in PCB Conception: active reduction and passive compensation. Donc,, Les sources d'interférence et les voies de propagation des interférences électromagnétiques doivent être analysées.. Les interférences électromagnétiques courantes dans la conception des PCB comprennent les interférences conduites., Interférence croisée et interférence rayonnée.
2.1 Conducted interference
Conducted interference mainly affects other circuits through wire coupling and common mode impedance coupling. Par exemple:, Si le bruit entre dans le système par le circuit d'alimentation, Tous les circuits utilisant l'alimentation électrique seront affectés. La figure 1 montre le couplage du bruit par impédance en mode commun. Les circuits 1 et 2 utilisent un fil commun pour obtenir la tension d'alimentation et le retour au sol. Si la tension du circuit 1 doit soudainement augmenter, Ensuite, la tension du circuit 2 doit être alimentée par une source commune et l'impédance entre les deux circuits est réduite..
2.2 Crosstalk Interférence
Crosstalk is when one signal line interferes with another adjacent signal path. Il se produit généralement sur des circuits et des conducteurs adjacents, Caractérisé par la capacité et l'inductance mutuelle des circuits et des conducteurs. Par exemple:, Les lignes de ruban sur les PCB transportent des signaux de bas niveau, Lorsque la longueur du câblage parallèle dépasse 10 cm, Il y aura des échanges.. Parce que le crosstalk peut être causé par la capacité du champ électrique et l'inductance mutuelle du champ magnétique, Lors de l'examen du problème de crosstalk sur la ligne de ruban PCB, Le principal problème est de déterminer quel champ électrique et magnétique est le principal facteur.
2.3 Radiated Interference
Radiated interference is the interference introduced by the radiation of space electromagnetic waves. L'interférence rayonnée dans les PCB est principalement l'interférence rayonnée du courant en mode commun entre le câble et la trace interne.. Lorsque l'onde électromagnétique est rayonnée sur la ligne de transmission, le couplage de la ligne de champ se produit.. Les petites sources de tension réparties le long de la ligne peuvent être décomposées en composants en mode commun et en mode différentiel.. Un courant en mode commun est un courant sur deux conducteurs dont l'amplitude est très faible mais dont la phase est la même., Le courant en mode différentiel est le courant sur les deux fils, avec la même amplitude et la phase opposée..

3. Electromagnetic compatibility design of PCB
With the increasing density of electronic components and circuits on the PCB board, Afin d'améliorer la fiabilité et la stabilité du système, Des mesures appropriées doivent être prises pour la conception. PCB board Satisfaire aux exigences de compatibilité électromagnétique et améliorer la performance anti - interférence du système.

3.1. Sélection PCB board
In PCB board design, En raison du couplage mutuel des champs électromagnétiques, des échanges se produisent entre les signaux des lignes de transmission adjacentes.. Alors..., Lors de la conception de la compatibilité électromagnétique des PCB, Considérez d'abord la taille des PCB. La taille du PCB est trop grande, La ligne imprimée est trop longue, Son impédance doit augmenter, La résistance au bruit sera réduite, Les coûts augmenteront également; Si la taille du PCB est trop petite, Les lignes de transmission adjacentes sont sujettes aux échanges, Mauvaise dissipation de chaleur. Nombre de couches du système PCB board Déterminé en fonction des facteurs globaux de l'alimentation électrique, Type de site, Densité de la ligne de signal, Fréquence du signal, Nombre de signaux requis pour le câblage spécial, Éléments environnants, Et les coûts et les prix?. Répondre aux exigences strictes du CEM et tenir compte des coûts de fabrication, L'augmentation appropriée du niveau du sol est l'une des méthodes de conception des PCB EMC. Pour la couche d'alimentation, La division interne de la couche électrique peut généralement répondre aux besoins de plusieurs sources d'énergie, Mais si plusieurs sources d'énergie sont nécessaires et sont décalées, Deux niveaux ou plus de plans d'alimentation doivent être considérés. Pour la couche signal, En plus de tenir compte de la densité de câblage du fil de signalisation, Du point de vue du CEM, Il faut également tenir compte du blindage ou de l'isolement des signaux critiques., Pour déterminer si le nombre de couches correspondant est augmenté.

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. Les parties sensibles aux interférences ne doivent pas être trop proches, Les entrées et les sorties doivent être aussi éloignées que possible.
(2) There may be a high voltage between some components or wires, La distance entre eux doit être augmentée afin d'éviter un court - circuit accidentel dû à la décharge..
(3) The device with large heat generation should leave space for the heat sink, Même monté sur la plaque de base de la machine complète pour la dissipation de chaleur. L'élément chauffant doit être éloigné de l'élément chauffant..
(4) Arrange the position of each functional unit according to the circuit flow, Faciliter la circulation des signaux, Le signal peut être maintenu dans la même direction que possible.
(5) Take the component of each functional module as the center, Et disposés autour d'eux pour minimiser et raccourcir la longueur des fils et des connexions entre les composants.
(6) Comprehensively consider the distribution parameters among the components. Aligner les composants aussi parallèlement que possible, Ce n'est pas seulement utile pour améliorer la capacité anti - interférence, Et belle apparence, facile à produire en série.

3.3 Layout design of components
Compared with discrete components, Les circuits intégrés ont l'avantage d'une bonne étanchéité, Moins de soudures, faible taux de défaillance, Et ça devrait être le premier choix.. En même temps, Le choix de l'équipement avec une pente de signal plus lente peut réduire la composante haute fréquence du signal. Utiliser pleinement les composants SMD pour réduire la longueur de connexion, Réduction de l'impédance, Amélioration de la compatibilité électromagnétique. Lors de l'Organisation des composants, Tout d'abord, groupez - les d'une manière ou d'une autre., Mettez - les dans le même groupe., Les composants incompatibles sont disposés séparément pour s'assurer qu'ils n'interfèrent pas les uns avec les autres dans l'espace.. En outre, Les pièces lourdes doivent être fixées au moyen de supports..

3.4.1.2.2.1.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2 PCB board
Le principe général de la conception de la disposition des PCB est de poser d'abord l'horloge et la ligne de signal sensible., Ensuite, placez la ligne de signalisation à grande vitesse, Il y a des lignes de signalisation sans importance.. Lors du câblage, Sur la base des principes généraux, 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. Pour éviter les changements d'impédance caractéristique, 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 Pas moins de 2 mm du bord du PCB, Cela empêche non seulement le changement d'impédance caractéristique, 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, Mais une largeur de fil trop petite augmente la résistance du fil. La largeur du fil dépend du courant qui traverse le fil. En général, Pour le cuivre d'épaisseur 0.La charge de courant admissible pour une feuille de 05Mm de largeur de 1mm est 1A. Pour circuits intégrés numériques de faible puissance, Poids de ligne 0.2 - 0.Possibilité de sélectionner 5 mm. Sur le même PCB, La largeur du sol et des lignes électriques doit être supérieure à celle des lignes de signalisation..

3.5 conception des lignes électriques PCB board
(1) According to the size of the PCB current of the printed board, Étendre autant que possible la largeur du cordon d'alimentation et du sol afin de réduire la résistance du circuit. En même temps, Aligner la direction des lignes électriques et au sol sur la direction de la transmission des données, Cela aide à améliorer la résistance au bruit. .
(2) Try to use SMD components, Raccourcir la longueur de la goupille, Réduire la surface de la boucle d'alimentation du condensateur de découplage, Et réduire l'influence de l'inductance distribuée des composants.
(3) Add a power filter to the front end of the power transformer to suppress common mode noise and differential mode noise, Isolation des interférences du bruit d'impulsion externe et interne.
(4) Filter capacitors and decoupling capacitors should be added to the power supply lines of the printed circuit board. Ajout d'un condensateur électrolytique de grande capacité à l'entrée d'alimentation de la carte de circuit pour le filtrage à basse fréquence, Puis un condensateur céramique de petite capacité est connecté en parallèle pour le filtrage à haute fréquence.
(5) Do not overlap the analog power supply and the digital power supply to avoid coupling capacitance and mutual interference.

3.6 conception du fil de mise à la terre PCB board
(1) In order to reduce the ground loop interference, Il est nécessaire de trouver un moyen d'éliminer la formation de courant de boucle. Sans équivoque, Transformateur d'isolement, Isolation Optocoupler, Attendez.. Peut être utilisé pour couper le courant qui forme une boucle au sol, Ou un circuit d'équilibrage peut être utilisé pour éliminer le courant de retour.
(2) In order to eliminate the coupling of the common impedance, L'impédance du fil de terre commun doit être réduite, Les fils doivent être épaissis ou recouverts de cuivre; D'un autre côté,, Les interférences mutuelles peuvent être évitées par des méthodes de mise à la terre appropriées., Par exemple, mise à la terre parallèle à un seul point, La mise à la terre hybride en série en un seul point élimine complètement la co - impédance.
(3) In order to eliminate the interference of digital devices to analog devices, La mise à la terre numérique et la mise à la terre analogique doivent être séparées., Le sol analogique et le sol numérique doivent être réglés séparément.. La plupart des circuits à haute fréquence sont mis à la terre en série. Le fil de terre doit être court et épais., Les éléments à haute fréquence doivent être entourés d'un grand écran en cuivre..

3.7 disposition du circuit d'oscillateur à cristaux supérieur PCB board
Circuit d'oscillateur à cristaux à haute fréquence, Cela en fait une source importante d'interférence dans le système. Sur la disposition des circuits d'oscillateur à cristaux, there are the following considerations:
(1) The crystal oscillator circuit is as close as possible to the integrated block, Et toutes les lignes d'impression qui relient les entrées/L'extrémité de sortie de l'oscillateur à cristaux est aussi courte que possible afin de réduire l'influence du bruit et de la capacité distribuée sur l'oscillateur à cristaux..
(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 conception de la protection électrostatique de l'équipement PCB board
La décharge électrostatique est caractérisée par un potentiel élevé, Faible charge, Grand courant court. The electrostatic protection of PCB design can be considered from the following aspects:
(1) Try to choose components with high anti-static level, Les composants sensibles ayant une faible capacité antistatique doivent être éloignés de la source de décharge électrostatique.. Les essais montrent que la distance de rupture par kV de tension électrostatique est d'environ 1 mm, Par conséquent, si le composant est à 16 mm de la source de décharge électrostatique, 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. Une disposition et un câblage raisonnables sont essentiels à la conception. Les méthodes et les techniques décrites dans cet article aident à améliorer les caractéristiques EMC des PCB à grande vitesse. Bien sûr., Ce ne sont que des parties de la conception EMC. Bruit réfléchi, Bruit rayonné, D'autres questions techniques de procédé sont généralement examinées.. Interference. Dans la conception réelle, Des mesures raisonnables de lutte contre les interférences électromagnétiques doivent être prises conformément aux exigences de l'objectif de conception et aux conditions de conception., Il faut tenir compte de tous les aspects de la conception. Circuits imprimés Bonne performance EMC.