PCB Блог - принципы проектирования панелей PCB для уменьшения электромагнитных помех

эффективная защита от помех панелей PCB является ключевым звеном в проектировании электронной продукции. в данной статье анализируются основные причины электромагнитных помех на платы, а именно электромагнитные помехи на панели PCB, питание и заземление подключены. меры и принципы. печатная плата является носителем элементов схем в электронной продукции, обеспечивает электрическое соединение между элементами цепи и является основным элементом различных электронных устройств. его производительность непосредственно зависит от качества электронного оборудования. по мере развития информационного общества и развития электронной технологии возрастает степень интеграции схем, увеличивается плотность элементов на пластинах и ускоряется движение электронной продукции. в этом случае проблема электромагнитных помех и совместимости, вызываемая самим собой, становится более острой. Вопрос о том, как уменьшить электромагнитные помехи на панели PCB, стал актуальным для современной электронной технологии. электромагнитная совместимость платы является ключом к нормальной работе электронной системы. Итак, печатная плата.

были обобщены меры и принципы, которые следует учитывать при проектировании панелей PCB для уменьшения электромагнитных помех.

1. причина электромагнитных помех на платы

в высокоскоростной электронной системе, состоящей из переключателей питания и микропроцессоров, электромагнитные помехи на схемах происходят главным образом из существующих источников радиопомех, элементов, основных контуров, дифференциальных Мод и шумов общего типа.

Источник радиочастотных помех на платы

в умной высокоскоростной электронной системе источником радиочастотных помех на платы в основном является система микропроцессоров.

1) микропроцессорные системы

радиочастотные (RF) шумы микропроцессоров вырабатываются внутри микросхемы и могут быть связаны с внешним контуром различными способами. Он существует одновременно во всех входных и выходных торцах, электропитании и заземлении. именно потенциальный шум делает микропроцессоры проводами. у ног могут быть проблемы. Проблема в шуме, вызываемом выводом и вводом из микропроцессора (I / O). Эти шумы в основном вызваны переключением часов внутри чипа, подключением к внутреннему кабелю через входной вывод вывод вывод вывод вывод вывод вывод вывод и излучением, главным образом кратковременным импульсным волнообразным помехом.

2) система электроснабжения

система питания включает регулятор питания, его регулятор и блокирующий конденсатор, расположенный в стороне микроконтроллера. эти схемы представляют собой источник энергии всех радиочастот в системе и обеспечивают необходимый ток переключения для схем временной последовательности на пластинах.

схема генератора

в цифровой системе схема генератора обеспечивает систему быстрыми синхронизирующими сигналами, так как буфер выхода генератора числится. любой шум, возникающий в результате внутренних операций, т.е.

1.2 Другие причины электромагнитных помех

1) Компоненты SMD и сквозные компоненты

Устройства SMD (SMD) лучше справляются с радиочастотной энергией, чем микросхемы с выводами, из-за их более низкого индуктивного реактивного сопротивления и более близкого расположения компонентов.Как правило, емкость выводов сквозных компонентов будет автоколебаться (переходить от емкостной к индуктивной) на частоте около 80 МГц. Следовательно, необходимо контролировать шумы выше 80 МГц, и необходимо учитывать множество серьезных проблем, если в конструкции используются сквозные компоненты.

2) Основная схема

Каждый переход фронта, передаваемый от микропроцессора к другому чипу, представляет собой импульс тока, который течет к приемному чипу, а затем обратно к заземляющему контакту микропроцессора через заземляющий провод, формирование основы Такие петли существуют везде. в цепи, Любое шумовое напряжение и сопровождающий его ток возвращаются к возникновению своего пути через сопротивлений, вызывая эффект. от регулятора напряжения источника питания к шунтирующему конденсатору.

3) дифференциальный режим и синфазный шум

Шум дифференциального режима — это шум, возникающий, когда сигнал проходит по линии к приемному чипу, а затем возвращается по обратной линии. Таким образом, метод уменьшения излучения в дифференциальном режиме заключается в снижении рабочей частоты схемы. ., увеличение площади контура сигнала или мощности тока сигнала Эффективным на практике методом является контроль площади контура сигнала шума общей моды - это шум, составляющий при одновременном распространении напряжения линии сигнала и линии обратного тока, при комбинированном сопротивлении линии сигнала. и линии обратного потока., без перепада напряжения между ними В большинстве систем, основанных на микропроцессорах, общий импедансный шум является характерным звуком шума. точки наблюдения к источнику шума.Методами уменьшения синфазного излучения являются: уменьшение импеданса грозозащитного провода, укоротить ряды, использовать синфазный дроссель.

2. Принципы проектирования печатных плат

Поскольку степень интеграции и частота сигнала печатной платы с развитием электронной техники становятся все выше и выше, то при проектировании панелей печатных плат следует соблюдать принцип, чтобы темовые помехи на схемах регулировались в рамках. могут появиться проектные требования и стандарты, повысить производительность схем.

2.1 Выбор печатных плат

Первоочередной задачей проектирования печатной платы является правильный выбор размера печатной платы, если слишком большой, значение импеданса линии будет увеличиваться, а помехоустойчивость уменьшаться из-за слишком длинного соединения между компонентами. платы с соответствующим размером должны выбираться по компонентам системы. Печатные платы делятся на односторонние, двухсторонние и многослойные панели. печатной платы зависит от функции, которую должна реализовать схема, индекс шума, количество сигналов и сетевых кабелей, отсортированных Разумное количество слоев может уменьшить проблему электромагнитной совместимости самой схемы. сигнал составляет умеренно низкую, компонентов мало, плотность монтажа ниже или средняя, выбирают одностороннюю или двустороннюю. односторонние, для высокой плотности разводки, высокой степени высокой степени и многокомпонентности, используйте многослойные 3. Используемая для высоких частот сигнала, высокоскоростные интегральные схемы, компактный компонент, выбирайте 4 или более слоев печатных плат при проектировании многослойных плат, одиночных. Слой может использоваться как слой питания, сигнальный и наземный слой.Уменьшается площадь сигнального контура и уменьшается излучение в дифференциальном режиме.Поэтому многослойная плата может уменьшить излучение печатной платы и улучшить помехозащищенность. .

2.2 Расположение компонентов печатной платы

После определения размеров печатной платы необходимо заранее определить расположение отдельных блоков, а все компоненты схемы разложить на блоки в соответствии с функциональными блоками схемы. Общие принципы компоновки цепей следующие.

1) Принцип определения расположения специальных компонентов:

1. Нагревательный элемент должен располагаться в месте, способствующем отводу тепла, например, на краю панели печатной платы, и вдали от микросхемы микропроцессора;

2. Специальные высокочастотные компоненты должны располагаться рядом друг с другом для сокращения связи между ними;

3. Чувствительные компоненты должны находиться вдали от источников шума, таких как тактовые генераторы и генераторы;

4. Расположение регулируемых компонентов, таких как потенциометры, регулируемый индуктор, переменные конденсаторы и переключатели с ключом, должно соответствовать конструктивным требованиям всей машины и облегчать настройку;

5. Компоненты с большей массой должны быть закреплены скобами;

6. фильтр EMI должен быть расположен недалеко от источника EMI.

2) The principle of laying out the umbrella components of the circuit according to the circuit functional unit:
1.  Each functional circuit should determine the corresponding position according to the signal flow between them to facilitate wiring;
2.  Each functional circuit should first determine the position of the components, and place other components around the components to shorten the connection between the components as much as possible;
3.  For high-frequency circuits, the distribution parameters between components should be considered;
4.  Components placed on the edge of the circuit board should be no less than 2mm away from the edge of the circuit board.
5.  The DC/преобразователь постоянного тока, switch tube and rectifier should be placed as close to the transformer as possible to reduce external radiation;
6.  элемент регулирования напряжения и конденсатор фильтра должны быть рядом с выпрямительным диодом.

2.3 The wiring principle of power supply and ground
Whether the wiring of the power supply and the ground of the PCB board is reasonable is the key to reducing the electromagnetic interference of the entire circuit board. The design of power lines and ground lines is a problem that cannot be ignored in the PCB board, обычно это сложный дизайн. The design should follow the following principles.

1) Wiring skills for power and ground
The wiring on the PCB is characterized by distributed parameters such as impedance, емкостное реактивное сопротивление и индуктивное сопротивление. In order to reduce the influence of the distribution parameters of the PCB board wiring on the high-speed electronic system, the wiring principles for the power supply and the ground are as follows:
1. Increase the spacing of the traces to reduce the crosstalk of capacitive coupling;
2.  The power line and the ground line should be routed in parallel to make the distributed capacitance reach;
3.  According to the size of the carrying current, увеличить ширину линии электропитания и заземления, reduce the loop resistance, одновременно согласовать направление линии электропитания и заземления в функциональных схемах с направлением передачи сигнала, which will help improve the performance. Anti-interference ability;

4. Источник питания и заземление должны быть проложены непосредственно друг над другом, таким образом, снижение индуктивного сопротивления, и площадь контура, и постараться, чтобы провод заземления проходил под линией питания как можно ниже;

5. чем крупнее обнаружение, тем лучше, как правило, ширина грозозащитного провода не менее 3мм;

6. Заземляющий провод сформирован в виде замкнутого контура, чтобы уменьшить разность потенциалов на заземляющем проводе и улучшить помехоустойчивость;

7. При проектировании монтажа многослойных листов, один из слоев может быть использован как "полная плоскость", в то же время играя в качестве экранирующего грунта.

2) Навыки заземления каждой функциональной цепи

Способы заземления каждой функциональной цепи печатной платы делятся на одноточечное заземление и многоточечное заземление.Одноточечное заземление делится на одноточечное последовательное заземление и одноточечное параллельное заземление по форме соединения. каждая цепь одноточечного параллельного заземления имеет свой собственный заземляющий провод, но может удлините заземляющий провод и увеличьте импеданс заземления. сопротивляться мало, уменьшая инт Для уменьшения помех от приземления заземление также должно соответствовать определенным требованиям:

1. заземляющий провод должен быть как можно короче, а заземляющий слой должен быть большим;

2. Избегайте ненужных контуров заземления и уменьшайте напряжение помех общего заземления;

3. принцип приземления - это иной способ приземления разных сигналов, и все заземления не могут быть взяты в одну и ту же точку заземления;

4. При проектировании многослойной печатной платы слой питания и слой заземления должны максимально располагаться в соседних слоях, чтобы в цепи могла образовываться емкость между слоями и уменьшаться электромагнитные помехи;

5. Старайтесь избегать сильных и слабых сигналов тока.

3) Поместите плоскость с сеткой

Сетка — важный метод проектирования двухслойных плат. : 1. имитация заземляющего слоя четырехслойной платы, Укажите путь обращения ниже линии каждого сигнала 2. уменьшение импеданса между микропроцессором и регулятором напряжения Принципы, на которые следует обратить внимание при проектировании:

1. Каждый заземляющий провод удлиняется, чтобы максимально заполнить пространство печатной платы;

2. Разместите на двухслойной доске как можно больше решеток;

3. Используйте как можно больше сквозных отверстий для соединения верхней и нижней решеток, если размер подходит;

4. линия не должна быть прямой или такой же принадлежащей.

4) Use of high frequency decoupling capacitors and ferrite beads
In digital circuits, при изменении состояния логической схемы, источник питания произведёт большой выброс, forming an instantaneous noise voltage. В таком случае, decoupling capacitors or ferrite beads are generally used to limit the sudden change of current. изменить для уменьшения излучения. Usually, высокочастотный развязывающий конденсатор с емкостью около 0.01μF ~ 0.Каждый чип между питанием и заземлением увеличивается на 1, and ferrite beads are placed on the power line close to the chip to block the radio frequency from the power line. источник тока. When designing, try to:
1.  Use tantalum capacitors instead of aluminum electrolytic capacitors, which have large internal inductance;
2. приближение конденсатора к кристаллу, the better, and the lead of the decoupling capacitor should not be too long;
3. The ferrite beads are only used on the +V power supply line, not on the ground line;
4.  Place the ferrite beads as close to the noise source as possible.

2.4 Принципы разводки сигнальных линий

1) Уменьшите емкостные и индуктивные перекрестные помехи линии

При емкостной связи источник поднимается по течению, что приводит к накоплению числа жертв.. наблюдаемая связь, изменение напряжения на жертве противоположно изменению на большая часть диафрагмы ёмкостная, а величина шума пропорциональна параллельному расстоянию, частоте, амплитуде напряжения источника, сопротивлению жертвы и обратно пропорциональна расстоянию между двумя линиями. :

1. Держите линии, подключенные к микропроцессору, которые несут радиочастотный шум, вдали от других сигналов;

2. Обратный заземляющий провод сигнала, на который могут влиять шумы, должен быть проложен под ним;

3. Не допускайте попадания шумовых линий на внешний край печатной платы;

4. если возможно, проложите несколько шумных линий вместе, а затем окружите их заземляющим проводом;

5. удалить линию без шума от экономики, случайно шуму на плате, таких как разъемы, схема генератора, эстафета и драйверы реле.

2) Разумно расположите количество обратных заземляющих проводов

В компьютерной индустрии общепринятой практикой является наличие не менее 1 заземляющего провода на каждые 9 сигнальных проводов в кабеле или проводе.Высокая скорость, это соотношение изменяется до 5:1.Принципы, которые можно учитывать при проектировании сигнальных и обратных линий линии:

1. каждая сигнальная линия в кабеле имеет обратный заземляющий провод, образующий витую пару;

2. Не используйте более одного обратного заземления на каждые 9 сигнальных линий;

3. Если длина кабеля составляет один фут, то на каждые 4 сигнальных провода должен быть обратный заземляющий провод;

4. Если возможно, следует использовать массивную металлическую скобу в качестве механической скобы, впаянную между двумя печатными платами.

3) Другие принципы подключения

1. медная фольга, используемая в качестве, разрывает сопротивление проводов при развороте на 90 градусов, что может вызвать интерференцию отражения, поэтому траектория траектории при 90 градусах должна быть изменена на 135 градусов, что поможет уменьшить интерференцию отражения;

2. панель PCB для двухсторонних проводок, проводка верхнего и нижнего слоев должна пересекаться вертикально, чтобы уменьшить связь и помочь подавить помехи;

3. использование разъединителя Во многих цепях, которые должны быть проложены параллельно, к двум сигнальным линиям можно добавить заземленную изолированную проводку;

4. Все линии должны быть проложены вдоль земли постоянного тока, насколько это возможно, и стараться избегать прокладки вдоль земли переменного тока;

5. Использовать короткие проводки, если линия не может быть настроена или может быть подключена только по окружности, нужно только "летать" с изоляцией, а не соединять печатными линиями, или непосредственно шунтировать с выводами резистивно-емкостных компонентов;

6. наличие повышенного напряжения тока должно быть отключено от цепи тока, и линия входного сигнала и линия выходного сигнала должны быть разделены;

7. сопровождение сигнала не должно быть ветвью, и его следует подключать от одного компонента к другому, чтобы избежать помех отражения или гармонических помех;

8. линии высокочастотной сигнализации, такие как наблюдения, должны быть обнаружены вблизи наблюдения, чтобы сформировать контурную область, таким образом, уменьшить разностное излучение мод.

3. Заключение

Невозможно полностью устранить электромагнитные помехи в электронных продуктах. , Вы можете сослаться на положения ориентировочной конструкции, но эти принципы не статичны. Различные методы защиты от помех должны гибко применяться в соответствии с конкретными условиями схемы, чтобы соответствовать требованиям электромагнитной совместимости. Это требует проектирования печатных плат. Обычное накопление опыта и резюме.