Problemi e soluzioni di interferenza della scheda PCB ad alta frequenza

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.

Ci sono diversi modi per eliminare il rumore dell'alimentazione elettrica inProgettazione della scheda PCB.
1.1 Prestare attenzione ai fori passanti sulla tavola: i fori passanti rendono le aperture necessarie per essere incise nel piano di potenza per lasciare spazio ai fori passanti per passare attraverso. Se l'apertura dello strato di potenza è troppo grande, influenzerà inevitabilmente il segnale loop, il segnale sarà costretto ad essere bypassato, l'area loop aumenterà, e il rumore aumenterà. Allo stesso tempo, Se alcune linee di segnale sono concentrate vicino all'apertura e condividono questo loop, l'impedenza comune causa 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, e l'area del loop del segnale e del loop dovrebbe essere il più piccolo possibile, cioè il segnale e il loop dovrebbero essere paralleli.
1.3Gli alimentatori degli alimentatori analogici e digitali dovrebbero essere separati: i dispositivi ad alta frequenza sono generalmente molto sensibili al rumore digitale, quindi i due dovrebbero essere separati e collegati insieme all'ingresso dell'alimentatore. Posizionare un loop nella posizione per ridurre l'area loop.

1.4 Evitare che gli alimentatori separati si sovrappongano tra gli strati: altrimenti il rumore del circuito può essere facilmente accoppiato tramite capacità parassitarie.

1.5 Isolare componenti sensibili: come PLL.

1.6 Posizionamento del cavo di alimentazione: Per ridurre il segnale loop, Ridurre il rumore posizionando il cavo di alimentazione sul lato del cavo di segnale.

2.Linea di trasmissione

Ci sono solo due tipi di linee di trasmissione che possono apparire nel PCB: linea di striscia e linea a microonde. Il problema della linea di trasmissione è la riflessione, che causerà molti problemi. Ad esempio, il segnale di carico sarà la sovraassegnazione del segnale originale e il segnale di eco, che aumenta la difficoltà di analisi del segnale; I riflessi causano la perdita di ritorno (perdita di ritorno), che influisce sul segnale tanto quanto l'interferenza del rumore additivo:

2.1 La riflessione del segnale verso la sorgente del segnale aumenterà il rumore del sistema, rendendo più difficile per il ricevitore distinguere il rumore dal segnale;

2.2 Qualsiasi segnale riflesso fondamentalmente degrada la qualità del segnale e cambia la forma del segnale in ingresso. In linea di principio, la soluzione è principalmente il matching di impedenza (ad esempio, l'impedenza dell'interconnessione dovrebbe essere molto abbinata all'impedenza del sistema), ma a volte il calcolo dell'impedenza è ingombrante, 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 inProgetto della scheda PCB è il seguente:

1)Evitare discontinuità di impedenza nella linea di trasmissione. Il punto di impedenza discontinua è il punto di cambiamento improvviso della linea di trasmissione, come ad esempio straight corners, via, etc., che dovrebbe essere evitati il più possibile. I metodi sono: evitare gli angoli retti delle tracce, e cercare di prendere angoli o archi di 45° il più possibile, e anche gli angoli grandi sono accettabili; Utilizzare il minor numero possibile di vie, perché ogni via è un punto discontinuo di impedenza, e il segnale dello strato esterno evita di passare attraverso lo strato interno e viceversa.

2) Non usare linee di palo. Perché ogni stub è una fonte di rumore. Se il filo è corto, può essere terminato alla fine della linea di trasmissione; Se il filo è lungo, la linea di trasmissione principale sarà utilizzata come fonte, con conseguente grande riflessione

, che complica il problema e non è raccomandato.

3.Accoppiamento

3.1 Accoppiamento di impedenza comune: È un canale di alloggio comune, cioè la sorgente di interferenza e il dispositivo interferente spesso condividono alcuni conduttori (come alimentazione loop, bus, terro comune, ecc.).

3.2 L'accoppiamento in modalità comune del campo causerà alla sorgente radiante una tensione in modalità comune sul ciclo formato dal circuito disturbato e sul piano di riferimento comune. Se il campo magnetico è dominante, il valore della tensione in modalità comune generata nel ciclo di massa serie è Vcm=-(–³B/–³t)*area (–³B=variazione dell'intensità di induzione magnetica nella formula) Se si tratta di un campo elettromagnetico, è noto Quando il suo valore di campo elettrico, la sua tensione indotta: Vcm=(L*h*F*E)/48, la formula è applicabile a L(m)=150MHz o meno, oltre questo limite, Il calcolo della tensione indotta può essere semplificato come: 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. Se il più vicino possibile a entrambi i fili. Questo accoppiamento è notevolmente ridotto, Quindi ruotare i due fili insieme per ridurre le interferenze.
3.4 CL'accoppiamento tra linee (crosstalk) può rendere qualsiasi linea uguale all'accoppiamento indesiderato tra circuiti paralleli, che danneggeranno gravemente le prestazioni del sistema. I suoi tipi possono essere suddivisi in crosstalk capacitivo e crosstalk induttivo. 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. L'ampiezza del crosstalk induttivo dipende dalla vicinanza dei due cicli e dalla dimensione dell'area del ciclo, 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,  la linea elettrica trasmette l'interferenza ad altri dispositivi.
3.6Ci sono diversi modi per eliminare il crosstalk inProgetto della scheda PCB:

1) La grandezza di entrambi i tipi di crosstalk aumenta con l'aumento dell'impedenza di carico, quindi le linee di segnale sensibili alle interferenze causate da crosstalk dovrebbero essere terminate correttamente.

2) Aumentare la distanza tra le linee del segnale il più possibile può ridurre efficacemente la conversazione capacitiva. Condurre la gestione del piano di terra, lo spazio tra le tracce (come l'isolamento delle linee di segnale attive e delle linee di terra, in particolare tra le linee di segnale e la terra dove si verificano transizioni di stato) e ridurre l'induttanza del piombo.

3) L'inserimento di un cavo di terra tra i cavi di segnale adiacenti può anche ridurre efficacemente la crosstalk capacitiva. Questo cavo di terra deve essere collegato allo strato di terra ogni 1/4 wavelength.

4) Per il crosstalk induttivo, l'area del loop dovrebbe essere minimizzata, e se consentito, il loop dovrebbe essere eliminato.

5) Evitare cicli di condivisione del segnale.

6) Concentrarsi sull'integrità del segnale: I progettisti affrontano l'integrità del segnale implementando la terminazione durante il processo di saldatura. I progetti che utilizzano questo approccio possono concentrarsi sulla lunghezza del microstrip del foglio di rame schermante per una buona prestazione di integrità del segnale. Per sistemi che utilizzano connettori densi nel tessuto di comunicazione, i progettisti possono utilizzare un singolo PCB per la terminazione.

4. Interferenza elettromagnetica

Con l'aumentare della velocità, l'EMI diventerà più grave e si manifesterà in molti modi (come le interferenze elettromagnetiche alle interconnessioni), e i dispositivi ad alta velocità sono particolarmente sensibili a questo, che ricevono falsi segnali ad alta velocità, mentre a bassa velocità il dispositivo ignora tali glitch.

Ci sono diversi modi per eliminare le interferenze elettriche inProgetto della scheda PCB:

4.1 Ridurre il loop: Ogni loop equivale ad un'antenna, quindi abbiamo bisogno di ridurre al minimo il numero di cicli, l'area del loop e l'effetto antenna del loop. Assicurarsi che il segnale ha un solo percorso loop in due punti, evitare 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. A causa di problemi di spazio e molti articoli che parlano di schermatura, 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.