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高周波PCBボード干渉問題と解決策
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高周波PCBボード干渉問題と解決策

高周波PCBボード干渉問題と解決策

2022-01-12
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Author:pcb

1. Power supply noise
In the 高周波PCBボード, 電源のノイズは、特に明らかな影響を与える 高周波 シグナル. したがって, ファースト, 電源は低雑音であることが要求される. ヒア, クリーングラウンドはクリーンパワーと同じくらい重要, なぜ? 電源特性を図1に示す. 明らかに, 電源はあるインピーダンスを有する, そして、インピーダンスは電源全体にわたって分配される, したがって、ノイズも電源に重畳される. 次に、電源のインピーダンスをできるだけ小さくする必要があります, したがって、専用電源層と接地面がなければならない. 高周波回路設計, 電源は、層の形で設計されている, ほとんどの場合、バスの形よりはるかに良いです, ループが常にインピーダンスの経路に続くことができるように. 加えて, 電源ボードはPCB上のすべての生成された信号および受信信号に対して信号ループを提供しなければならない, 信号ループを低減し、雑音を低減することができる, 低周波回路設計者にしばしば見落とされる.

PCBボード

電源ノイズを除去するためのいくつかの方法がある PCB基板設計.
1.1は、ボード上のスルーホールに注意:スルーホールは開口部を通過するスルーホールのための余地を残してパワープレーンでエッチングする必要があります. パワー層の開口が大きすぎる場合, 必然的に信号ループに影響する, シグナルはバイパスされなければならない, ループ領域が増加します, そして、ノイズが増加します. 同時に, いくつかの信号線が開口の近くで集中して、このループを共有するならば, 共通インピーダンスは漏話を引き起こす.
1.2接続ラインは十分な接地線を必要とします:それぞれの信号はそれ自身の専用の信号ループを持つ必要があります, そして、信号とループのループ面積は、できるだけ小さくなければならない, それで, 信号とループは並列でなければならない.
1.3アナログとデジタル電源の電源を分離する必要があります。 高周波 デバイスは一般にデジタルノイズに非常に敏感である, それで、2つは分離されて、電源の入口で一緒に接続されなければなりません. ループ領域を減らすために位置にループを置く.
1.4層の間で別々の電源を重ねるのを避ける。そうでなければ、回路ノイズは寄生キャパシタンスを通して容易に結合することができる.
1.5孤立した敏感なコンポーネント:PLLのような.
1.6電源ケーブルを置く:信号ループを減らすために, 信号ケーブルの側に電源ケーブルを置くことでノイズを減らす.

2. Transmission line
There are only two kinds of transmission lines that can appear in the PCB: strip line and microwave line. 伝送線路の問題は反射である, これは多くの問題を引き起こします. 例えば, 負荷信号は、元の信号とエコー信号との重ね合わせである, 信号解析の難しさを増す. ; Reflections cause return loss (return loss), which affects the signal as badly as additive noise interference:
2.1信号源への信号の反射はシステムノイズを増加させる, making it more difficult for the receiver to distinguish the noise from the signal;
2.2あらゆる反射された信号は、基本的に信号品質を劣化させ、入力信号の形状を変更する. 原則的に, the solution is mainly impedance matching (for example, the impedance of the interconnection should be very matched with the impedance of the system), しかし、時々インピーダンスの計算は面倒です, いくつかの送電線インピーダンス計算ソフトウェアを参照することができます.
2.3伝送線路干渉を除去する方法 PCBボード デザイン is as follows:
1) Avoid impedance discontinuities in the transmission line. 不連続インピーダンスの点は送電線の急激な変化の点である, まっすぐな角のような, ヴィアス, etc., 可能な限り避けるべき. 方法は:トレースのまっすぐなコーナーを避ける, 可能な限り45度の角度または円弧を取るようにしてください, また、大きなコーナーも許容できますできるだけ少ないバイアとして使う, 各々のビアがインピーダンスの不連続点であるので, そして、外側のレイヤー・シグナルは、内側のレイヤーを通って通過するのを避ける.
2) Do not use stake lines. どんなスタブも雑音の源だから. スタブワイヤーが短いならば, これは、伝送ラインの終端で終了することができますスタブワイヤーが長いならば, メイン伝送ラインはソースとして使用されます, 大きな反射をもたらす, これは問題を複雑にしてお勧めしません.

3. Coupling
3.1一般的なインピーダンス結合:それは、共通結合チャンネルです, それで, the interference source and the interfered device often share some conductors (such as loop power supply, バス, コモングラウンド, etc.).
3.2つのフィールド共通モード結合は、放射源が擾乱回路によって形成されたループ上のコモンモード電圧を発生させ、共通基準面に生じる. 磁場が支配的であるならば, the value of the common-mode voltage generated in the series ground loop is Vcm=-(△B/△t)*area (△B=change in the magnetic induction intensity in the formula) If it is an electromagnetic field, 電界値が既知のとき, its induced voltage: Vcm=(L*h*F*E)/48, the formula is applicable to L(m)=150MHz or less, この限界を超えて, the calculation of induced voltage can be simplified as: Vcm=2 *h*E.
3.3差動モードフィールド結合:回路基板上のワイヤ対またはリード線およびそれらのループによって受信される直接放射を指す. 両方のワイヤーに可能な限り近い. この結合は大幅に減少する, それで、干渉を減らすために、2本のワイヤーをねじってください.
3.4 Coupling between lines (crosstalk) can make any line equal to the undesired coupling between parallel circuits, これはシステムの性能を深刻に損なう. そのタイプは容量性クロストークと誘導クロストークに分けることができる. 前者は、電流源の注入によりノイズ源にノイズを結合するライン間の寄生容量に起因する後者は不要な寄生変圧器の1次と2次の間の信号の結合と考えられる. 誘導クロストークの大きさは、2つのループの近接性およびループ面積の大きさに依存する, 影響を受ける負荷のインピーダンスと同様に.
3.5つの電力線カップリング:それは、ACまたはDC電力線の後、電磁干渉を受けたことを意味します, 電力線は他の装置に干渉を送信する.
3.図6のクロストークを除去するいくつかの方法がある PCBボード design:
1) The magnitude of both types of crosstalk increases with the increase of load impedance, したがって、クロストークに起因する干渉に敏感な信号線は、適切に終了しなければならない.
2) Increasing the distance between signal lines as much as possible can effectively reduce capacitive crosstalk. グラウンドプレーン管理, 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. この接地線は1層毎に接地層に接続する必要がある/4波長.
4) For inductive crosstalk, ループ面積を最小化すべきである, そして, ループをなくす.
5) Avoid signal sharing loops.
6) Focus on signal integrity: Designers address signal integrity by implementing termination during the soldering process. この方法を使用する設計者は、良好な信号完全性性能のために遮蔽銅箔のマイクロストリップ長に焦点を当てることができる. 通信布に密なコネクタを使用するシステム, デザイナーは、終了のために一つのPCBを使うことができます.

4. Electromagnetic Interference
As speed increases, EMI will become more severe and manifest in many ways (such as electromagnetic interference at interconnects), そして、高速デバイスは特にこれに敏感です, これは、高速な偽信号を受信します, 低速の間、デバイスはそのような不具合を無視します.
中で電磁干渉を除去するいくつかの方法があります PCBボード design:
4.1ループを減らします:各々のループは、アンテナに等しいです, そこでループ数を最小にする必要がある, ループの面積とループのアンテナ効果. 信号が任意の2点で1つのループ経路を持つことを保証する, 人工ループを避ける, パワープレーンをできるだけ使う.
4.2フィルタリング:フィルタリングを使用することができます両方の電力線と信号線を減らすために. つの方法があります, EMIフィルタ, 磁気部品.
4.シールド3. スペース問題と多くの記事遮蔽の議論のために, 詳細は紹介しません.
4.4速度を最小にする 高周波 デバイス.
4.5の誘電率を増やすこと PCBボード を防ぐ 高周波 伝送ラインのような部品は、外側に放射することから板に近いの厚さを増やす PCBボード そして、マイクロストリップラインの厚みを最小にすることによって、電磁ワイヤのオーバーフローを防止し、また、放射線を防止することができる.

5. デザインをまとめる 高周波 PCBボード, we should follow the following principles:
5.1電源とグランドの統一と安定性.
5.2慎重な配線と適切な終了は、反射を除去することができます.
5.3慎重な配線と適切な終端は容量性および誘導性クロストークを減少させることができる.
5.4 .騒音 高周波PCBボード EMC要件を満たすために抑制される必要性.