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Il rapporto tra layout e alimentazione elettrica di commutazione della scheda PCB
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Il rapporto tra layout e alimentazione elettrica di commutazione della scheda PCB

Il rapporto tra layout e alimentazione elettrica di commutazione della scheda PCB

2022-01-05
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Author:pcb

Due to the switching characteristics of the switching power supply, è facile causare l'alimentazione di commutazione per produrre grandi interferenze di compatibilità elettromagnetica. As a power supply engineer, un ingegnere della compatibilità elettromagnetica, or a Scheda PCB layout engineer, you must understand the cause of the electromagnetic compatibility problem and take measures, in particolare ingegneri di layout, need to understand how to avoid the expansion of dirty spots, this article mainly introduces

The main points of the power supply Scheda PCB design are discussed.
29 relazioni di base tra layout e Scheda PCB
1. Diversi principi fondamentali: qualsiasi filo ha impedenza; corrente seleziona sempre automaticamente il percorso di impedenza; l'intensità delle radiazioni è correlata alla corrente, frequency, area loop; L'interferenza di modalità comune è correlata alla capacità reciproca di grandi dv/dt segnali to ground; The principles of reducing EMI and enhancing anti-interference ability are similar.
2. The layout should be partitioned according to power supply, analogico, high-speed digital and each functional block.
3. Minimize the area of the large di/dt loop and reduce the length (or area, width of the large dv/segnale dt line). The increase in the trace area will increase the distributed capacitance. L'approccio generale è: la larghezza della traccia Cerca di essere il più grande possibile, but remove the excess part), e cercare di camminare in linea retta, ridurre la sua area chiusa nascosta per ridurre le radiazioni.
4. Il crosstalk induttivo è principalmente causato dalla grande/dt loop (loop antenna), e l'intensità di induzione è proporzionale all'induttanza reciproca, so it is more important to reduce the mutual inductance with these signals (the main way is to reduce the loop area and increase the distance); Sexual crosstalk is mainly generated by large dv/dt signals, and the induction intensity is proportional to the mutual capacitance. All decrease the mutual capacitance with these signals (the main way is to reduce the effective coupling area and increase the distance. The mutual capacitance decreases as the distance increases. Faster) is more critical.
5. Utilizzare il principio della cancellazione del ciclo il più possibile per instradare, and further reduce the area of large di/dt loops (similar to twisted pair, use the principle of loop cancellation to improve anti-interference ability and increase transmission distance).

Scheda PCB

6. Reducing the loop area not only reduces the radiation, ma riduce anche l'induttanza del ciclo, making the circuit performance better.
7. Reducing the loop area requires us to design the return path of each trace.
8. When multiple Schede PCB sono collegati tramite connettori, it is also necessary to consider making the loop area reach, soprattutto per grandi/dt signals, segnali ad alta frequenza o segnali sensibili. A signal wire corresponds to a ground wire, e i due fili sono il più vicini possibile. If necessary, twisted pair wires can be used to connect (the length of each twisted pair wire corresponds to an integer multiple of the noise half-wavelength). If you open the computer case, Si può vedere che l'interfaccia USB dalla scheda madre al pannello frontale è collegata con un cavo twisted pair. It can be seen that the twisted pair connection is important for anti-interference and reducing radiation.
9. For the data cable, cercare di sistemare più fili di terra nel cavo, and make these ground wires evenly distributed in the cable, che può ridurre efficacemente l'area del ciclo.
10. Anche se alcune linee di connessione inter-board sono segnali a bassa frequenza, because these low-frequency signals contain a lot of high-frequency noise (through conduction and radiation), è facile irradiare questi rumori se non sono maneggiati correttamente.
11. Durante il cablaggio, first consider high-current traces and traces that are prone to radiation.
12. Switching power supplies usually have 4 current loops: input, output, switch, e a ruote libere. Among them, i cicli di corrente in ingresso e in uscita sono quasi a corrente continua, almost no emi is generated, ma sono facilmente disturbati; I cicli di commutazione e di corrente a ruota libera sono più grandi di/dt, che necessita di attenzione.
13. The gate drive circuit of the mos (igbt) tube usually also contains a large di/dt.
14. Non posizionare piccoli circuiti di segnale, such as control and analog circuits, all'interno di grande corrente, high frequency and high voltage circuits to avoid interference.
15. Reduce the susceptible (sensitive) signal loop area and trace length to reduce interference.
16. Small signal traces are far away from large dv/dt signal lines (such as the C pole or D pole of the switch tube, buffer (snubber) and clamp network) to reduce coupling, and ground (or power supply, in short, often Potential signal) to further reduce the coupling, and the ground should be in good contact with the ground plane. Allo stesso tempo, small signal traces should be as far away as possible from large di/dt linee di segnale per prevenire il crosstalk induttivo. Do not trace the small signal under the large dv/dt signal. If the back of the small signal traces can be grounded (the same ground), il segnale acustico accoppiato ad esso può anche essere ridotto.
17. Un approccio migliore è quello di posare il terreno intorno e sul retro di questi grandi dv/dt and di/dt signal traces (including the C/D poles of the switching devices and the switch tube heat sink), e utilizzare gli strati superiori e inferiori per la messa a terra. Collegare tramite fori, and connect this ground to a common ground point (usually the E/Polo S del tubo di commutazione, or sampling resistor) with a low-impedance trace. Ciò può ridurre l'IME irradiato. It should be noted that the small signal ground must not be connected to this shielding ground, altrimenti introdurrà maggiori interferenze. Large dv/dt traccia solitamente interferenze di coppia al radiatore e al terreno vicino attraverso capacità reciproca. Connect the switch tube radiator to the shielding ground. L'uso di dispositivi di commutazione a montaggio superficiale ridurrà anche la capacità reciproca, thereby reducing coupling.
18. Do not use vias for traces that are prone to interference, come interferirà con tutti gli strati che la via passa attraverso.
19. La schermatura può ridurre l'EMI irradiato, but due to increased capacitance to ground, conducted EMI (common mode, or extrinsic differential mode) will increase, ma finché lo strato di schermatura è correttamente messo a terra, it will not increase much . Può essere pesato e considerato nella progettazione effettiva.
20. Per prevenire interferenze di impedenza comuni, use one point grounding and power supply from one point.

Scheda PCB

21. Switching power supplies usually have three grounds: input power high current ground, potenza di uscita a terra ad alta corrente, and small signal control ground. The ground connection method is shown in the following diagram:
22. In fase di messa a terra, the nature of the ground should be judged first, e poi la connessione dovrebbe essere fatta. The ground for sampling and error amplification should usually be connected to the negative pole of the output capacitor. Il segnale di campionamento dovrebbe essere solitamente estratto dal polo positivo del condensatore di uscita. Common impedance interference. Di solito il terreno di controllo e il terreno di azionamento del IC non sono condotti fuori separatamente. In questo momento, l'impedenza di piombo della resistenza di campionamento al suolo soprastante deve essere il più piccola possibile per ridurre l'interferenza di impedenza comune e migliorare l'accuratezza del campionamento corrente.
23 The output voltage sampling network is close to the error amplifier instead of the output. Questo perché i segnali a bassa impedenza sono meno sensibili alle interferenze rispetto ai segnali ad alta impedenza. The sampling traces should be as close as possible to each other to reduce the noise picked up.
24. Pay attention to the layout of inductances to be far away and perpendicular to each other to reduce mutual inductance, in particolare induttanza dello stoccaggio di energia e induttanza del filtro.
25. Prestare attenzione al layout quando condensatori ad alta frequenza e condensatori a bassa frequenza sono utilizzati in parallelo, and the high-frequency capacitors are close to the user.
26. Low-frequency interference is generally differential mode (below 1M), e le interferenze ad alta frequenza sono generalmente modalità comune, usually coupled through radiation.
27. If the high frequency signal is coupled to the input lead, it is easy to form EMI (common mode). You can put a magnetic ring on the input lead close to the power supply. Se l'IME è ridotto, it indicates this problem. La soluzione a questo problema è ridurre l'accoppiamento o ridurre l'EMI del circuito. If the high-frequency noise is not filtered clean and conducted to the input lead, EMI (differential mode) will also be formed. At this time, the magnetic ring cannot solve the problem. String two high-frequency inductors (symmetrical) where the input lead is close to the power supply. A decrease indicates that this problem exists. Il modo per risolvere questo problema è migliorare il filtraggio, or to reduce the generation of high-frequency noise by buffering, bloccaggio e altri mezzi.
28. Misurazione del modo differenziale e della corrente del modo comune.
29. Il filtro EMI dovrebbe essere il più vicino possibile alla linea in entrata, and the routing of the incoming line should be as short as possible to minimize the coupling between the front and rear stages of the EMI filter. The incoming line is shielded with the chassis ground (the method is as described above). The output EMI filter should be treated similarly. Cercare di aumentare la distanza tra le linee in arrivo e dv alto/dt signal traces, che dovrebbero essere presi in considerazione nel Scheda PCB layout.