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Problemi e soluzioni di interferenza della scheda PCB ad alta frequenza
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Problemi e soluzioni di interferenza della scheda PCB ad alta frequenza

Problemi e soluzioni di interferenza della scheda PCB ad alta frequenza

2022-01-12
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Author:pcb

1. Rumore dell'alimentazione elettrica

Nella scheda PCB ad alta frequenza, il rumore dell'alimentatore ha un impatto particolarmente evidente sul segnale ad alta frequenza. Pertanto, in primo luogo, l'alimentatore deve essere a basso rumore. Qui, Il terreno pulito è importante quanto l'energia pulita, perché? Le caratteristiche dell'alimentazione elettrica sono illustrate nella figura 1. Ovvio, l'alimentatore ha una certa impedenza, e l'impedenza è distribuita sull'intero alimentatore, quindi il rumore sarà anche sovrapposto all'alimentatore. Quindi dovremmo ridurre l'impedenza dell'alimentazione elettrica il più possibile, quindi ci deve essere uno strato di alimentazione e un piano di terra dedicato. Nella progettazione di circuiti ad alta frequenza, l'alimentatore è progettato sotto forma di strati, che nella maggior parte dei casi è molto meglio della forma di bus, in modo che il loop può sempre seguire il percorso dell'impedenza. Inoltre, la scheda di alimentazione deve fornire un loop di segnale per tutti i segnali generati e ricevuti sul PCB, che può ridurre il ciclo del segnale e ridurre il rumore, spesso trascurato dai progettisti di circuiti a bassa frequenza.

PCB board

Ci sono diversi modi per eliminare il rumore dell'alimentazione elettrica inProgettazione della scheda PCB.
1.1 Pay attention to the through holes on the board: the through holes make the openings need to be etched in the power plane to leave room for the through holes to pass through. Se l'apertura dello strato di potenza è troppo grande, it will inevitably affect the signal loop, il segnale sarà costretto ad essere bypassato, the loop area will increase, and the noise will increase. Allo stesso tempo, if some signal lines are concentrated near the opening and share this loop, l'impedenza comune causerà conversazioni incrociate.
1.2 La linea di collegamento ha bisogno di abbastanza cavi di terra: ogni segnale deve avere un proprio loop di segnale dedicato, and the loop area of the signal and the loop should be as small as possible, that is, the signal and the loop should be parallel.
1.3 The power supplies of analog and digital power supplies should be separated: high-frequency devices are generally very sensitive to digital noise, so the two should be separated and connected together at the entrance of the power supply. Place a loop at the position to reduce the loop area.
1.4 Avoid separate power supplies overlapping between layers: otherwise circuit noise can easily be coupled through parasitic capacitances.
1.5 Isolate sensitive components: such as PLL.
1.6 Placing the power cable: To reduce the signal loop, Ridurre il rumore posizionando il cavo di alimentazione sul lato del cavo di segnale.

2. Transmission line
There are only two kinds of transmission lines that can appear in the PCB: strip line and microwave line. The problem of transmission line is reflection, che causerà molti problemi. For example, il segnale di carico sarà la sovrapposizione del segnale originale e il segnale di eco, che aumenta la difficoltà di analisi del segnale. ; Reflections cause return loss (return loss), which affects the signal as badly as additive noise interference:
2.1 The reflection of the signal back to the signal source will increase the system noise, making it more difficult for the receiver to distinguish the noise from the signal;
2.2 Any reflected signal will basically degrade the signal quality and change the shape of the input signal. In linea di principio, the solution is mainly impedance matching (for example, the impedance of the interconnection should be very matched with the impedance of the system), but sometimes the calculation of the impedance is cumbersome, si può fare riferimento ad alcuni software di calcolo dell'impedenza della linea di trasmissione.
2.3 Il metodo per eliminare le interferenze della linea di trasmissione inProgettazione della scheda PCB is as follows:
1) Avoid impedance discontinuities in the transmission line. Il punto di impedenza discontinua è il punto di cambiamento improvviso della linea di trasmissione, such as straight corners, via, etc., che dovrebbero essere evitati il più possibile. The methods are: avoid the straight corners of the traces, e cercare di prendere angoli o archi di 45° il più possibile, and large corners are also acceptable; use as few vias as possible, perché ogni via è un punto discontinuo di impedenza, and the outer layer signal avoids passing through inner layer and vice versa.
2) Do not use stake lines. Because any stub is a source of noise. Se il filo è corto, it can be terminated at the end of the transmission line; if the stub wire is long, la linea di trasmissione principale sarà utilizzata come fonte, resulting in a large reflection, che complica il problema e non è raccomandato.

3. Coupling
3.1 Accoppiamento di impedenza comune: È un canale di accoppiamento comune, that is, the interference source and the interfered device often share some conductors (such as loop power supply, bus, terreno comune, etc.).
3.2 Field common-mode coupling will cause the radiating source to cause a common-mode voltage on the loop formed by the disturbed circuit and on the common reference plane. Se il campo magnetico è dominante, the value of the common-mode voltage generated in the series ground loop is Vcm=-(–³B/–³t)*area (–³B=change in the magnetic induction intensity in the formula) If it is an electromagnetic field, it is known When its electric field value, its induced voltage: Vcm=(L*h*F*E)/48, the formula is applicable to L(m)=150MHz or less, beyond this limit, the calculation of induced voltage can be simplified as: Vcm=2 *h*E.
3.3 Accoppiamento di campo in modalità differenziale: si riferisce alla radiazione diretta ricevuta dalla coppia di fili o dai cavi e dai loro loop sul circuito stampato. If as close as possible to both wires. Questo accoppiamento è notevolmente ridotto, so twist the two wires together to reduce interference.
3.4 Coupling between lines (crosstalk) can make any line equal to the undesired coupling between parallel circuits, che danneggeranno gravemente le prestazioni del sistema. Its types can be divided into capacitive crosstalk and inductive crosstalk. Il primo è dovuto alla capacità parassitaria tra le linee che accoppia il rumore sulla sorgente di rumore alla linea di ricezione del rumore attraverso l'iniezione di corrente; Quest'ultimo può essere pensato come l'accoppiamento del segnale tra il primario e il secondario di un trasformatore parassitario indesiderato. The magnitude of inductive crosstalk depends on the proximity of the two loops and the size of the loop area, così come l'impedenza del carico interessato.
3.5 Accoppiamento della linea di alimentazione: Significa che dopo che la linea di alimentazione CA o DC è sottoposta a interferenze elettromagnetiche, the power line transmits the interference to other devices.
3.6 There are several ways to eliminate crosstalk inProgettazione della scheda PCB:
1) The magnitude of both types of crosstalk increases with the increase of load impedance, so the signal lines that are sensitive to interference caused by crosstalk should be properly terminated.
2) Increasing the distance between signal lines as much as possible can effectively reduce capacitive crosstalk. Conduct ground plane management, space between traces (such as isolation of active signal lines and ground lines, especially between signal lines and ground where state transitions occur) and reduce lead inductance.
3) Inserting a ground wire between adjacent signal wires can also effectively reduce capacitive crosstalk. Questo cavo di terra deve essere collegato allo strato di terra ogni 1/4 wavelength.
4) For inductive crosstalk, the loop area should be minimized, e se consentito, the loop should be eliminated.
5) Avoid signal sharing loops.
6) Focus on signal integrity: Designers address signal integrity by implementing termination during the soldering process. I progettisti che utilizzano questo approccio possono concentrarsi sulla lunghezza del microstrip del foglio di rame schermante per una buona prestazione di integrità del segnale. For systems that use dense connectors in the communications fabric, i progettisti possono utilizzare un singolo PCB per la terminazione.

4. Electromagnetic Interference
As speed increases, EMI will become more severe and manifest in many ways (such as electromagnetic interference at interconnects), and high-speed devices are particularly sensitive to this, che riceveranno falsi segnali ad alta velocità, while low-speed The device ignores such glitches.
Ci sono diversi modi per eliminare le interferenze elettromagnetiche inProgettazione della scheda PCB:
4.1 Reduce the loop: Each loop is equivalent to an antenna, Quindi abbiamo bisogno di ridurre al minimo il numero di cicli, the area of the loop and the antenna effect of the loop. Assicurarsi che il segnale abbia un solo percorso loop in due punti, avoid artificial loops, e utilizzare il piano di potenza il più possibile.
4.2 Filtrazione: Il filtraggio può essere utilizzato sia sulle linee elettriche che sulle linee di segnale per ridurre EMI. Esistono tre metodi: disaccoppiamento dei condensatori, EMI filters, e componenti magnetici.
4.3 Schermatura. Due to space problems and many articles discussing shielding, Non li introdurrò nel dettaglio.
4.4 Ridurre al minimo la velocità dei dispositivi ad alta frequenza.
4.5 L'aumento della costante dielettrica della scheda PCB può impedire che le parti ad alta frequenza come le linee di trasmissione vicine alla scheda si irradiano verso l'esterno; Aumentare lo spessore della scheda PCB e ridurre al minimo lo spessore della linea microstrip può impedire il sovraccarico del filo elettromagnetico e anche prevenire la radiazione.

5. Per riassumere nella progettazione di scheda PCB ad alta frequenza, we should follow the following principles:
5.1 L'unità e la stabilità dell'alimentazione elettrica e del suolo.
5.2 Cablaggio attento e terminazione corretta possono eliminare i riflessi.
5.3 Il cablaggio attento e la terminazione corretta possono ridurre il crosstalk capacitivo e induttivo.
5.4 Il rumore nella scheda PCB ad alta frequenza deve essere soppresso per soddisfare i requisiti EMC.