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列車用高速ディジタルPCBボードのアンチジャミング設計
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列車用高速ディジタルPCBボードのアンチジャミング設計

列車用高速ディジタルPCBボードのアンチジャミング設計

2022-03-10
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Author:pcb

高速ディジタルの設計に注目すべき課題 プリント回路基板 詳細に明らかにされる, 列車の車載システムにおける高速ディジタル回路の影響, だけでなく、これらの効果の理由. いくつかのアプローチを取らなければならない. 実際には、これらの方法によって設計された回路が、製品の干渉防止性能を大幅に改善できることを証明した. 科学技術の継続的発展, 列車は高速でも発達している, 電車の車載システムでは、高速デジタル回路が徐々に採用されている. 電車に干渉の源が多い, 様々な変圧器によって発生する電磁干渉を含むこと, ファン, パンタグラフ, 空気圧縮機, etc., 列車内の高速ディジタル回路の通常動作に影響する. 加えて, 乗馬環境と作業環境の快適性を確保するために, また、エアコンなどの電気機器を装備している, 電気ヒーター, 人工呼吸器, etc., また、外部から電磁放射線を発生させる, 高速ディジタル回路の正常動作に影響する. したがって, 電車の複雑な環境で, 高速ディジタル信号の信頼性を確保する方法は特に重要になる. これらの問題が適切に扱われないなら, それは信号の歪みにつながる, タイミングエラー, システム不安定性と他の多くの状況, それは計り知れない損失をもたらすだろう. 列車通信の正常運転を確実にするために, 制御とその他のシステム, 機器の干渉防止設計は機能設計と同じくらい重要である. デザインの初めに, ディジタル回路干渉の抑制を考慮しなければならない, さもなければ高速ディジタル回路の干渉妨害条件を満たすことは困難である. したがって, デジタル回路基板の耐干渉性を改善し、回路放射線を低減する必要がある, そして、設計が完了したあと、回路基板の反干渉のための救済措置をとるのを避ける.

プリント回路基板

1. The way of interference
There are three basic ways of interference formation: interference source, 結合経路, と敏感なソース. これらの態様を以下に記載する.
1.1干渉結合経路 PCBボード
回路基板上の干渉は、主にコモンモード干渉および差動モード干渉を含む. 信号モードループによって差動モード干渉が発生する, そして、コモンモード電流は、ケーブル上のコモンモード電流によって生成される. プリント回路基板用, 主に差動モード干渉, 差動モード干渉の周波数範囲は、回路信号100が占める全周波数帯域である. 各種干渉, 通常の作業システムに影響する. 差動モード干渉を低減する主な方法は、配線の間のトレース長を最小にし、信号ループ面積を減少させることである.
1.2干渉波源の生成法 PCBボード
高速ディジタル回路における様々な種類の干渉の主な理由は、電源自体の固有のノイズ周波数及びdi 1の様々な変化である/ディーTとデュ/外部回路. ライン上のすべての種類の容量性および誘導性負荷, それで、信号が飛び出すとき, スパイクは、ノイズを形成するために生成されます, そして、これらのノイズは各回路の電流ループを通して回路に沿って行われる, したがって、電源自体の固有ノイズと高速デジタル遷移に起因する様々なノイズ. デカップリングおよびフィルタリングは、回路自体または様々な種類の突然変異信号によって発生するノイズを抑制する最良の方法である. これは自分自身の雑音を減らすだけではない, しかし、それにも外部の影響を吸収, そしてその干渉防止能力を向上させる.
1.3つの敏感な源 PCBボード
高速デジタル信号の敏感な情報源は、主に外部干渉を受けやすい物体を指す, 例えば/ディー, D/コンバータ, ロジックコントローラ, マイクロコントローラ, 水晶発振器, デジタルIC, 弱信号増幅器, etc. これらのデバイスの安定性は回路基板のシステム動作の安定性と正確性に直接関連する. したがって, これらの敏感なソースを適切に保護し、それらの干渉防止能力を改善する必要がある.

2. の干渉防止対策を改善 PCBボード
2.1 Reduce the coupling loop
The main method to reduce coupling is to reduce the signal loop area, 接地線のループ面積, 電源, 敏感な信号源と基板端は、主に解決されるべきです.
1) Reduce the ground wire and power coupling loop
The ground wire impedance is the main cause of the ground wire noise on the circuit board, したがって、接地線インピーダンスは最小化されるべきである, そして、接地面またはグリッドグランドを使用することができます. 高速デジタル回路基板用, 多層基板は、ループ面積を低減するために使用されるべきである, そして、中間層は電源または接地層として使用されるべきである, そして、電源および接地に隣接しているレイヤー間の距離は、できるだけ小さいはずである各信号層に信号線によって形成されるリングの面積を対応させ、その接地ループをできるだけ小さくする. リング面積が小さい, より少ない外部干渉. この機能の観点から, 地面を分けるとき, グランドプレーンと重要な信号跡の分布は、接地面スロッシングに起因する問題を防ぐために考慮されるべきである, etc., 信号線はグランドプレーンとパワープレーンとの間の分離領域を横切ることができず、大きな接地戻りの形成を妨げることができない. 同時に, 電力層は、接地層3から約3 mm後退する, 従って、電力干渉の70 %以上が抑制される.
2) Reduce the coupling loop of the sensitive source signal
For sensitive signals such as periodic signals, クロック信号のような, アナログ信号, アドレスバスの下位信号, 干渉が強い, また、高速デジタル回路を設計するためのキーです. The wiring of key signals on the printed board should be routed according to the principle of high to low (sorting method: high to low: analog signal - reset signal - I2C - clock signal - read and write signal - high speed, radio frequency signal - data bus - address bus ); the key signal wiring should go to the inner layer as far as possible; and a small capacitor should be connected in parallel for filtering; the signal layer can be routed in parallel only through the two layers separated by the ground plane; the signal line should be as short as possible; The components of the high-frequency connection on the printed board should be as close to the traces as possible to reduce the distribution parameters and electromagnetic interference of high-frequency signals, 敏感な信号源の干渉防止能力を改善するために.
3) Reduce the coupling loop at the edge of the circuit board
Whether the edge processing of the printed circuit board is reasonable determines whether the external interference of the signal can be suppressed more effectively. 高速デジタル回路が基板の縁部から外部に干渉するのを防止するために, 配線位置は厳密に制御する必要がある, そして、それはプリントボードの内部に可能な限り近いはずであるべきです. 高周波のような強い干渉を伴う信号線は、対応する接地結合ループの欠如を防止するために板の端に行かないべきである, 信号の外部干渉漏れを生じる.
2.2 Suppress interference sources
Suppressing the interference source is to reduce the influence of the interference source du/DTとDI/可能な限りDT. DUの削減/干渉源のDTは、主に、干渉源の両端でコンデンサを並列に接続し、デカップリングおよびフィルタリングを加えることによって達成される. diを減らす/干渉源のDTは、主にインダクタンスを干渉源と直列に接続するか、またはフリーホイールダイオードを追加することによって達成される. 例えば, リレー中のフリーホイールダイオードを追加することにより、コイルが切断されたとき発生する逆EMF干渉を除去することができる.
1) Increase the decoupling capacitor
The decoupling capacitor takes the interference of the output signal as the filtering object. 並列デカップリングキャパシタをチップに加えることにより、電源自己励磁を除去し、レベル変化の影響を抑制することができる, これは、電源ノイズとレベル変化の影響を防止することができます接地線に短いパスで反干渉能力を増加させる. 騒音を抑える, 各チップは、可能な限りデカップリングコンデンサを備えるべきである, そして、デカップリングコンデンサはチップの電源ピンおよび接地ピンに可能な限り近く配置されるべきである. デカップリングコンデンサの値は一般に0である.01 - 0.1 UF, c = 1/F, それで, 10 MHzは0をとります.1 UF, 100 MHzは0をとります.01 UF, 周波数が高い, デカップリングコンデンサの値を小さくする必要があります.
2) circuit filter absorption
Corresponding filtering forms should be adopted for the mutation signals that are prone to burrs to suppress the high-frequency burrs generated by the mutation of high-speed signals. フィルタリング方法は、一般に受動素子コンデンサまたは抵抗器を有するインダクタを使用する, そして、フィルタリングの目的を達成するために、電圧および電流のエネルギー貯蔵特性を使用する. RCフィルタ回路はしばしば使用される. 電圧が突然上がると, 並列コンデンサCはエネルギーを蓄えることができる, そして、電圧降下, エネルギーが放出される, 負荷フィルタリング後の電圧は比較的滑らかであり、高周波ノイズは低減される. しかし, 通常の高周波信号波形に影響を及ぼさないために, 値が大きすぎてはいけません, そして、可能な限り小さなコンデンサを使用すべきである. 回路の全インピーダンス及び高周波信号の帯域幅及び立ち上がり時間に従って, フィルタキャパシタCの選択サイズは、計算および経験によって得られる. 以下の表1を参照してください。システム動作頻度が高いほど, フィルタコンデンサの値が小さくなければならない.

3. Conclusion
The reliability of the anti-interference design of high-speed digital circuits has a profound impact on the overall performance of the entire electronic and electrical equipment. すべての製品の信頼性は、デザインのソースから始めるべきです. 印刷回路の信頼性設計を把握するだけで製品の信頼性を保証できる. 信頼性, 本当に印刷ボードの信頼性を向上させる. この方法による改良された高速ディジタルプリント回路基板は、それ自体によって発生したノイズを低減し、同時にその干渉防止能力を向上させることができることが種々の図から分かる. 研究開発費の経済的考察, 反干渉問題を考える プリント回路基板 デザインの初期段階では多くの繰り返し設計コストが節約される.