PCB Блог - Решение EMC PCB дизайна платы от слоения, макета и маршрутизации

Помимо выбора компонентов и конструкции схемы, хорошая конструкция платы PCB также является очень важным фактором электромагнитной совместимости. Ключ к конструкции ПХД ЭМК заключается в минимизации площади повторного потока и разрешении пути повторного потока течь в спроектированном направлении. Частые проблемы возвращаемого тока возникают из трещин в эталонной плоскости, преобразующих слой эталонной плоскости, и сигнал, проходящий через соединитель. Прыгающие конденсаторы или разъединяющие конденсаторы могут решить некоторые проблемы, но необходимо учитывать общую импедансию конденсаторов, виас, подушек и следов. В этой лекции вы сможете ознакомиться с технологией проектирования PCB-плат EMC с трех аспектов: стратегией слоения PCB-плат, навыками размещения и правилами проводки.

1. Стратегия слоения платы ПХД

Толщина, процесс и количество слоев платы в конструкции платы не являются ключом к решению проблемы. Отличное слоевое накладывание обеспечивает обход и разъединение силовой шины, так что переходное напряжение на силовой плоскости или плоскости земли не затрагивается. Ключ к защите электромагнитных полей сигналов и мощности. С точки зрения маршрутизации сигнала хорошей стратегией слоения должно быть размещение всех следов сигнала на одном или нескольких слоях рядом с электрическими или наземными плоскостями. Для мощности хорошей стратегией слоения должно быть то, что мощный слой прилегает к земному слою, а расстояние между мощным слоем и земным слоем как можно меньше, что мы называем стратегией "слоения". Ниже мы конкретно поговорим о хорошей стратегии слоения ПХД.

1) Проекционная плоскость слоя проводки должна находиться в пределах ее плоскости слоя повторного потока. Если слой проводки не находится в зоне проекции его слоя обратной плоскости, во время проводки будут появляться сигнальные линии за пределами зоны проекции, что вызовет проблему "радиации края", а также приведет к увеличению площади сигнальной петли, в результате чего увеличится радиация дифференциального режима. .

2) Постарайтесь избежать установки соседних слоев проводки. Поскольку параллельные сигнальные следы на соседних слоях проводки вызывают перекрестный разговор сигнала, если соседних слоев проводки нельзя избежать, расстояние слоев между двумя слоями проводки должно быть соответственно увеличено, а расстояние слоев между слоями проводки и их сигнальными петлями должно быть уменьшено.

3) Приблизительные плоскости должны избегать перекрытия их проектируемых плоскостей. Потому что, когда проекции перекрываются, емкость соединения между слоями приведет к тому, что шум между слоями будет соединяться друг с другом.

2. Многослойная конструкция доски:

Когда частота часов превышает 5 МГц или время подъема сигнала меньше 5 нс, для того чтобы площадь цикла сигнала хорошо контролировалась, обычно необходимо использовать многослойную конструкцию платы. При проектировании многослойных досок следует обратить внимание на следующие принципы:

1) Ключевой слой проводки (слой, где расположены часовая линия, автобус, линия сигнала интерфейса, радиочастотная линия, линия сигнала сбора, линия сигнала выбора чипа и различные линии сигнала управления) должен быть прилегающим к полной плоскости земли, предпочтительно между двумя плоскостями земли. Ключевые сигнальные линии, как правило, являются сильными радиационными или чрезвычайно чувствительными сигнальными линиями, а проводка близка к плоскости земли может уменьшить площадь сигнальной петли, уменьшить ее интенсивность излучения или улучшить способность противовмешательства.

2) Силовая плоскость должна быть отступлена относительно ее прилегающей плоскости земли (рекомендуемое значение 5H ~ 20H). Вывод силовой плоскости относительно ее обратной плоскости земли может эффективно подавить проблему "радиации края". Кроме того, основная рабочая плоскость силы платы (которая широко используется) должна находиться в непосредственной близости к ее плоскости земли, чтобы эффективно уменьшить площадь петли тока питания.

3) Проверьте, нет ли сигнальной линии ¥50MHz на верхних и нижних слоях платы. Если да, направляйте высокочастотный сигнал между двумя плоскими слоями, чтобы подавить его излучение в космос.

3. Однослойная доска и двухслойная доска конструкция:

При проектировании однослойных и двухслойных плат основное внимание следует уделить проектированию ключевых сигнальных линий и электропроводов. Должен быть заземленный провод, прилегающий к следу питания, и параллельные следы, чтобы уменьшить площадь петли тока питания. «Руководящая наземная линия» должна быть размещена по обе стороны ключевых сигнальных линий однослойной платы. На плоскости проекции ключевых сигнальных линий двухслойной платы должна быть большая площадь земли, или "Руководящая линия земли" должна быть спроектирована таким же образом, как и однослойная плата. "Охранная земля" с обеих сторон ключевой сигнальной линии может уменьшить площадь сигнальной петли, с одной стороны, а также предотвратить перекрестный разговор между сигнальной линией и другими сигнальными линиями.

4. Навыки размещения платы PCB

При проектировании макета платы ПХД следует полностью соблюдать принцип конструкции размещения в прямой линии вдоль направления потока сигнала, и следует как можно больше избегать петли вперед и назад. Таким образом, прямое соединение сигнала можно избежать и качество сигнала будет затронуто. Кроме того, для предотвращения взаимных помех и соединения между схемами и электронными компонентами размещение схем и размещение компонентов должны следовать следующим принципам:

1) Если интерфейс спроектирован с "чистой землей" на доске, устройства фильтрации и изоляции должны быть размещены на изоляционном ремне между "чистой землей" и рабочей площадью. Это предотвращает соединение устройств фильтрации или изоляции друг с другом через плоский слой, что ослабило бы эффект. Кроме того, "чисто", никакие другие устройства не могут быть размещены, кроме устройств фильтрации и охраны.

2) Когда на одну и ту же плату PCB размещаются различные модульные схемы, цифровые схемы и аналоговые схемы, высокоскоростные и низкоскоростные схемы должны быть разделены, чтобы избежать взаимных помех между цифровыми схемами, аналоговыми схемами, высокоскоростными схемами и низкоскоростными схемами. Кроме того, при наличии высокоскоростных, среднескоростных и низкоскоростных схем на плате схем одновременно, чтобы избежать высокочастотного шума схемы, излучающегося наружу через интерфейс.

3. Схема фильтра входного порта мощности платы должна быть размещена близко к интерфейсу, чтобы избежать повторного соединения фильтрованной линии.

4. Устройства фильтрации, защиты и изоляции схемы интерфейса размещаются близко к интерфейсу, что может эффективно достичь эффектов защиты, фильтрации и изоляции. Если на интерфейсе есть как фильтрационные, так и защитные схемы, следует придерживаться принципа защиты сначала, а затем фильтрации. Поскольку защитная схема используется для подавления внешнего перенапряжения и перетока, если защитная схема размещается после схемы фильтра, схема фильтра будет повреждена перенапряжением и перетоком. Кроме того, поскольку входные и выходные линии схемы соединены друг с другом, эффект фильтрации, изоляции или защиты будет ослаблен. Во время размещения убедитесь, что входные и выходные линии фильтровой схемы (фильтр), изоляционной и защитной схемы не соединены друг с другом.

Чувствительные схемы или устройства (такие как схемы сброса и т. д.) находятся по меньшей мере в 1000 милях от каждого края платы, особенно края стороны интерфейса платы.

6) Конденсаторы хранения энергии и высокочастотных фильтров должны быть размещены вблизи схем блока или устройств с большими изменениями тока (например, входные и выходные терминалы модуля питания, вентиляторов и реле), чтобы уменьшить площадь петли петли высокого тока.

7) Фильтровые элементы должны быть размещены бок о бок, чтобы предотвратить повторное нарушение фильтрованной схемы.

8) Сильные радиационные устройства, такие как кристаллы, кристаллические осцилляторы, реле, переключающие источники питания и т. д. находятся по меньшей мере на 1000 миль от разъема интерфейса с одной платой. Таким образом, помехи могут излучаться непосредственно снаружи, или ток может быть соединен с выходящим кабелем, чтобы излучаться снаружи.

5. Правила проводки платы PCB

Помимо выбора компонентов и конструкции схемы, хороший макет печатной платы (ПХД) также является очень важным фактором электромагнитной совместимости. Поскольку плата ПХД является неотъемлемым компонентом системы, повышение электромагнитной совместимости в маршрутизации платы ПХД не повлечет дополнительных затрат на конечный продукт. Любой должен иметь в виду, что плохой макет PCB может вызвать больше проблем ЭМК, чем их устранить, и во многих случаях даже добавление фильтров и компонентов не решает их. Пришлось перебросить всю плату. Поэтому разработка хороших привычек маршрутизации платы PCB в начале является способом сэкономить деньги. Ниже мы представим некоторые общие правила проводки платы PCB и стратегии проектирования электролиний, наземных линий и сигнальных линий. Согласно этим правилам предлагаются меры по совершенствованию типичных схем печатных плат кондиционеров.

1) Разделение проводки

Роль разделения проводов заключается в соединении перекрестного разговора и шума между соседними линиями на том же слое PCB. Спецификация 3W гласит, что все сигналы (часы, видео, аудио, сброс и т.д.) должны быть изолированы от линии к линии и от края к краю, как показано на рисунке 10. Чтобы еще больше уменьшить магнитное соединение, эталонная почва размещается вблизи ключевого сигнала для изоляции шума соединения, генерируемого другими сигнальными линиями.

2) Защита и схема шунта

Установка линий шунта и защиты является очень эффективным способом изолировать и защитить критические сигналы, такие как сигналы системных часов в шумной среде. Параллельные или защитные линии в ПХД направляются вдоль линий критических сигналов. Защитная линия не только изолирует поток соединения, генерируемый другими сигнальными линиями, но и изолирует критические сигналы от соединения с другими сигнальными линиями. Разница между линией шунта и защитной линией заключается в том, что линия шунта не должна быть завершена (подключена к земле), но оба конца защитной линии должны быть подключены к земле. Чтобы еще больше уменьшить соединение, линии защиты в многослойной ПХД могут быть добавлены с путью к заземлению каждой другой секции.

3) Дизайн кабеля питания

В соответствии с размером тока печатной платы постарайтесь увеличить ширину линии электроснабжения, чтобы уменьшить сопротивление петли. В то же время, сделать направление линии электроэнергии и наземной линии в соответствии с направлением передачи данных, что поможет повысить антишумную способность. В однопанельной или двойной панели, если линия электроэнергии очень длинная, разъединяющие конденсаторы должны добавляться к земле каждые 3000 миль, а значение конденсатора должно быть 10uF + 1000pF.

4) конструкция земляного провода

Принципы конструкции землевых проводов:

а. Отделить цифровую землю от аналоговой земли. Если на плате есть логические и линейные схемы, то их следует отделять как можно больше. Заземление низкочастотной схемы должно быть заземлено параллельно в одной точке, насколько это возможно. Когда фактическая проводка сложна, она может быть частично подключена серийно, а затем заземлена параллельно. Высокочастотная схема должна быть заземлена в нескольких точках серии, заземливающий провод должен быть коротким и арендованным, а около высокочастотных компонентов должна использоваться как можно большая площадь в форме сетки заземливающей фольги.

b. Земельная провода должна быть как можно толстее. Если заземная провода очень тонкая, потенциал заземления изменится с изменением тока, что снизит антишумную производительность. Поэтому заземливающая провода должна быть утолщена, чтобы она могла проходить в три раза больше допустимого тока на печатной доске. Если это возможно, землевый провод должен быть более 2 ~ 3 мм.

с. Заземная провода образует закрытую петлю. Для печатных плат, состоящих только из цифровых схем, большинство схем заземления расположены в цикле, что может улучшить антишумную способность.

5) Дизайн линии сигнала

Для ключевых сигнальных линий, если плата имеет внутренний слой проводки сигнала, ключевые сигнальные линии, такие как часы, направляются на внутренний слой, и слой проводки предпочтителен. Кроме того, ключевые сигнальные линии не должны направляться через область разделения, включая разрыв в эталонной плоскости, вызванный витами и подушками, в противном случае площадь сигнальной петли увеличится. И ключевая линия сигнала должна быть ¥3H от края эталонной плоскости (H - это высота линии от эталонной плоскости), чтобы подавить эффект радиации края. Для сильных радиационных сигнальных линий, таких как часовые линии, автобусные линии и радиочастотные линии, а также чувствительных сигнальных линий, таких как сигнальные линии перезагрузки, сигнальные линии выбора чипа и сигналы управления системой, их следует держать подальше от выходящих сигнальных линий интерфейса. Поэтому помехи на сильной излучаемой сигнальной линии не могут быть соединены с исходящей сигнальной линией и излучаются снаружи; Кроме того, избегается того, чтобы внешние помехи, вызванные выходной сигнальной линией интерфейса, соединялись с чувствительной сигнальной линией, вызывая сбой системы. Для дифференциальных сигнальных линий следует запускать один и тот же слой, равную длину и параллельные линии, чтобы сохранить последовательность импеданса, и между дифференциальными линиями не должно быть других линий. Поскольку импеданс общего режима дифференциальной пары гарантирован равным, его противовмешательственная способность может быть улучшена. Согласно вышеуказанным правилам проводки, типичная схема печатной платы кондиционера улучшается и оптимизируется. В целом, если изучить конструкцию обратного пути до проводки, у вас будет шанс на успех и достижение цели снижения излучения ЭМИ. Более того, не нужно тратить деньги на смену слоя проводки до выполнения фактической проводки. Это практика конструкции платы PCB для улучшения ЭМК.