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Technologie PCB
Guide de conception des PCB à grande vitesse: techniques de réduction du bruit pour les systèmes DSP
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Guide de conception des PCB à grande vitesse: techniques de réduction du bruit pour les systèmes DSP

Guide de conception des PCB à grande vitesse: techniques de réduction du bruit pour les systèmes DSP

2021-08-18
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Author:IPCB

Avec DSP haute vitesse (DSP) Et périphériques, designers of new products are facing an increasingly serious threat of electromagnetic interference (EMI). Début, Les problèmes d'émission et de brouillage sont appelés EMI ou RFI (interférence RF). Utilisez maintenant le mot plus clair « compatibilité des interférences ».. Electromagnetic compatibility (EMC) includes two aspects of the system's emission and sensitivity. Si l'interférence ne peut être complètement éliminée, Les interférences doivent être réduites au minimum. Si le système DSP satisfait aux trois conditions suivantes:, Compatibilité électromagnétique du système.


1. Ne pas interférer avec le système lui - même.

2. Ne pas interférer avec d'autres systèmes.

3. Insensible aux émissions des autres systèmes.


Définition de l'interférence


L'interférence se produit lorsque l'énergie d'interférence fait que le récepteur est dans un état indésirable. La génération d'interférences peut être directe (par conducteur, couplage de co - impédance, etc.) ou indirecte (par Crosstalk ou couplage de rayonnement). Les interférences électromagnétiques sont générées par des conducteurs et des radiations. De nombreuses sources d'émissions électromagnétiques, comme les lampes, les relais, les moteurs à courant continu et les lampes fluorescentes, peuvent causer des interférences. Les circuits internes des lignes d'alimentation en courant alternatif, des câbles d'interconnexion, des câbles métalliques et des sous - systèmes peuvent également rayonner ou recevoir des signaux indésirables. Dans les circuits numériques à grande vitesse, les circuits d'horloge sont généralement la source la plus importante de bruit à large bande. Dans le DSP rapide, ces circuits produisent des distorsions harmoniques allant jusqu'à 300 MHz et doivent être éliminés du système. Dans les circuits numériques, les lignes de remise à zéro, d'interruption et de commande sont les plus vulnérables.


EMI conducted


L'une des façons les plus évidentes et souvent négligées de générer du bruit dans un circuit est par un conducteur. Les fils qui traversent l'environnement bruyant peuvent capter le bruit et l'envoyer à un autre circuit pour causer des interférences. Les concepteurs doivent éviter de capter le bruit des fils et utiliser une méthode de découplage pour éliminer le bruit avant qu'il ne cause des interférences. L'exemple le plus courant est l'entrée de bruit dans le circuit par une ligne électrique. Si la source d'énergie elle - même ou tout autre circuit relié à la source d'énergie est une source d'interférence, la ligne d'alimentation doit être découplée avant d'entrer dans le circuit.


Couplage radioactif


Le couplage radiatif est appelé crosstalk. Lorsqu'un courant traverse un conducteur pour produire un champ électromagnétique, une conversation croisée se produit, et le champ électromagnétique produit un courant transitoire dans le conducteur adjacent.


Couplage de co - impédance


Un couplage d'impédance commun se produit lorsque le courant provenant de deux circuits différents traverse une impédance commune. La chute de tension à l'impédance est déterminée par deux circuits. Le courant de mise à la terre des deux circuits traverse l'impédance commune de mise à la terre. Le potentiel au sol du circuit 1 est réglé par le courant au sol 2. Le signal sonore ou la compensation en courant continu est couplé du circuit 2 au circuit 1 par une impédance commune au sol.


Émissions rayonnées


Il existe deux types fondamentaux d'émissions de rayonnement: le mode différentiel (DM) et le mode commun (cm). Le rayonnement en mode commun ou le rayonnement d'antenne monopolaire est causé par une chute de tension inattendue, ce qui fait que toutes les connexions au sol dans le circuit sont au - dessus du potentiel au sol du système. En ce qui concerne la taille du champ électrique, le rayonnement cm est plus grave que le rayonnement DM. Pour réduire au minimum le rayonnement cm, le courant en mode commun doit être réduit à zéro par une conception réaliste.


Facteurs influant sur le CEM


Plus la tension d'alimentation est élevée, plus l'amplitude de la tension est grande et plus l'émission est élevée, plus la tension d'alimentation basse affectera la sensibilité.


Les hautes fréquences produisent plus de rayonnement, tandis que les signaux périodiques produisent plus de rayonnement. Dans le système numérique à haute fréquence, le signal de pointe de courant est généré lorsque l'équipement est commuté; Dans un système analogique, un pic de courant est généré lorsque le courant de charge change.


La mise à la terre n'est pas plus importante pour la conception des circuits que des systèmes électriques fiables et parfaits. Dans tous les problèmes de CEM, le problème principal est causé par une mauvaise mise à la terre. Il existe trois modes de mise à la terre des signaux: monopoint, multipoint et hybride. Lorsque la fréquence est inférieure à 1 MHz, un seul point de mise à la terre peut être utilisé, mais pas pour les hautes fréquences. Dans les applications à haute fréquence, la mise à la terre multipoint est préférable. La mise à la terre hybride est une méthode de mise à la terre monopoint à basse fréquence et une méthode de mise à la terre multipoint à haute fréquence. La disposition du fil de terre est essentielle. Les circuits numériques à haute fréquence et les circuits analogiques à basse tension ne doivent pas être mélangés avec des circuits au sol.


Découplage de l'alimentation lorsque l'équipement est allumé et éteint, un courant transitoire est généré sur la ligne d'alimentation. Ces courants transitoires doivent être atténués et filtrés. Le courant transitoire provenant d'une source di / DT élevée provoque la mise à la terre et le suivi de la tension d'émission. Le di / DT élevé produit une large gamme de courants à haute fréquence, qui sont émis par les éléments d'excitation et les câbles. Les variations de courant et d'inductance à travers les conducteurs entraîneront une chute de tension qui peut être minimisée en réduisant l'inductance ou les variations de courant au fil du temps.


Conception des Circuits imprimés-Proper printed circuit Plaque (Circuits imprimés) wiring is essential to prevent EMI.

ATL

Techniques de réduction du bruit


Il existe trois façons de prévenir les interférences:

1. Limiter les émissions des sources.

2. Rendre le chemin de couplage aussi inefficace que possible.

3. Rendre le récepteur aussi sensible que possible à la transmission.


Les techniques de réduction du bruit sont décrites ci - dessous. La technologie de réduction du bruit au niveau des panneaux comprend la Structure des panneaux, la disposition des lignes et le filtrage.


Les techniques de réduction du bruit pour la Structure des panneaux comprennent:


Mise à la terre et panneau d'alimentation électrique

La surface de la plaque doit être grande pour fournir une faible impédance et permettre le découplage de la puissance.

Réduire au minimum les conducteurs de surface

Câbles de mise à la terre / d'alimentation séparés pour les émetteurs numériques, analogiques, récepteurs et émetteurs

Utilisation de lignes étroites (4 à 8 mils) pour augmenter l'amortissement à haute fréquence et réduire le couplage capacitif

Séparer les circuits sur les Circuits imprimés en fonction de la fréquence et du type

Ne coupez pas les Circuits imprimés, les traces près de l'incision peuvent causer des boucles indésirables

Sceller les traces entre l'alimentation électrique et le plancher à l'aide de panneaux multicouches

Évitez les grandes structures à anneaux ouverts

Mise à la terre multipoint pour réduire l'impédance de mise à la terre à haute fréquence

Maintenir la goupille de mise à la terre inférieure à 1 / 20 de la longueur d'onde pour prévenir le rayonnement et assurer la disposition des lignes à faible impédance. Il existe 45 techniques de réduction du bruit. Au lieu de 90. Aiguille, 90 degrés. La rotation augmente la capacité et modifie l'impédance caractéristique de la ligne de transmission

Faire en sorte que la distance entre les traces d'excitation adjacentes soit supérieure à la largeur des traces afin de réduire au minimum les échanges

La zone de boucle du signal d'horloge doit être aussi petite que possible.

La ligne à grande vitesse et la ligne de signalisation de l'horloge doivent être courtes et directement connectées.

Les traces sensibles ne doivent pas être parallèles aux traces qui transmettent un signal de commutation rapide à courant élevé.

N'utilisez pas d'entrées numériques flottantes pour empêcher les interrupteurs et le bruit inutiles

Évitez de laisser des traces de puissance sous l'oscillateur à cristaux et d'autres circuits bruyants inhérents

Les voies d'alimentation, de mise à la terre, de signal et de boucle correspondantes doivent être parallèles pour éliminer le bruit.

Gardez les lignes d'horloge, les bus et les puces séparés des lignes d'entrée / sortie et des connecteurs

Routage du signal d'horloge signal d'entrée / sortie orthogonal

* afin de minimiser les échanges, les trajectoires doivent être croisées à angle droit et les fils au sol doivent être dispersés.

Le connecteur Circuits imprimés est relié à la mise à la terre du châssis, qui fournit un bouclier contre le rayonnement aux limites du circuit.

Protéger les lignes critiques (utiliser des lignes de 4 à 8 mils pour minimiser l'inductance, les lignes près du plancher, la structure sandwich entre les étages, la mise à la terre de chaque côté de la couche de protection)


La technologie de filtration comprend:


Filtrer le cordon d'alimentation et tous les signaux entrant dans le Circuits imprimés

Découplage à l'aide de condensateurs céramiques à haute fréquence à faible inductance (0,1uf à 14mhz et 0,01uf au - dessus de 15mhz) à chaque point de l'IC

Déconnecter l'alimentation / la mise à la terre au fil de l'équipement

Utilisation d'un filtre à plusieurs niveaux pour atténuer le bruit de la source d'énergie à plusieurs bandes

Contournement de toutes les broches d'alimentation et de référence du circuit analogique

Contournement du commutateur rapide


Autres mesures de réduction du bruit Techniques de conception include:


Insérer l'oscillateur à cristaux dans la carte de circuit et le sol

Utiliser des terminaisons en série pour minimiser la résonance et la réflexion transmise. Un décalage d'impédance entre la charge et la ligne provoquera une réflexion partielle du signal. Les réflexions, y compris les interférences instantanées et les dépassements, produisent une grande quantité d'interférences électromagnétiques

Placer les fils de mise à la terre adjacents près des fils de signalisation afin d'éviter plus efficacement les champs électriques

Placer correctement les conducteurs et les récepteurs de ligne de découplage près des interfaces I / o réelles, ce qui réduit le couplage avec d'autres circuits sur les Circuits imprimés et réduit le rayonnement et la sensibilité

* Shield and twist the interfering leads to eliminate mutual coupling on the Circuits imprimés

Utilisation de diodes de serrage pour les charges inductives

Ajouter un bouclier là où il est approprié


EMC est un problème important dans la conception du système DSP. Des techniques appropriées de réduction du bruit doivent être utilisées pour rendre le système DSP conforme aux exigences du CEM.