Przeciwdziałanie zakłóceniom jest bardzo ważnym ogniwem w nowoczesnym projektowaniu obwodów, które bezpośrednio odzwierciedla wydajność i niezawodność całego systemu. Dla inżynierów PCB projektowanie przeciwzakłóceniowe jest kluczowym i trudnym punktem, który każdy musi opanować.
Obecność zakłóceń na płytce PCB
Aktualne badania wykazały, że w projektowaniu płytek PCB występują cztery główne zakłócenia: szum zasilania, zakłócenia linii transmisyjnej, sprzężenie i zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).
1. Hałas zasilania
W obwodzie wysokiej częstotliwości szum zasilacza ma szczególnie wyraźny wpływ na sygnał wysokiej częstotliwości. Dlatego pierwszym wymaganiem dla zasilacza jest niski poziom hałasu. W tym przypadku czyste uziemienie jest równie ważne jak czyste źródło zasilania.
2. Linia przesyłowa
Na płytce drukowanej możliwe są tylko dwa typy linii transmisyjnych: linia paskowa i linia mikrofalowa. Największym problemem linii przesyłowych jest odbicie. Refleksja spowoduje wiele problemów. Na przykład sygnał obciążenia będzie superpozycją sygnału pierwotnego i sygnału echa, co zwiększy trudność analizy sygnału; odbicie spowoduje utratę odbicia (utratę odbicia), co będzie miało wpływ na sygnał. Uderzenie jest tak samo poważne, jak to spowodowane dodatkowymi zakłóceniami hałasu.
3. Sprzęgło
Sygnał zakłócający generowany przez źródło zakłóceń powoduje zakłócenia elektromagnetyczne w elektronicznym układzie sterowania poprzez określony kanał sprzęgający. Metoda sprzęgania zakłóceń to nic innego jak oddziaływanie na elektroniczny układ sterowania poprzez przewody, przestrzenie, wspólne linie itp. Analiza obejmuje głównie następujące typy: sprzężenie bezpośrednie, sprzężenie impedancyjne, sprzężenie pojemnościowe, sprzężenie indukcji elektromagnetycznej, sprzężenie radiacyjne, itp.
4. Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)
Zakłócenia elektromagnetyczne EMI dzielą się na dwa typy: zakłócenia przewodzone i zakłócenia promieniowane. Zakłócenia przewodzone odnoszą się do sprzężenia (interferencji) sygnałów w jednej sieci elektrycznej z inną siecią elektryczną za pośrednictwem ośrodka przewodzącego. Zakłócenia promieniowane odnoszą się do sprzężenia źródła zakłóceń (interferencji) jego sygnału z inną siecią elektryczną w przestrzeni. W przypadku szybkich płytek drukowanych i projektowania systemów linie sygnałowe wysokiej częstotliwości, styki układów scalonych, różne złącza itp. mogą stać się źródłami zakłóceń promieniowania o charakterystyce anteny, które mogą emitować fale elektromagnetyczne i wpływać na inne systemy lub inne podsystemy w systemie. normalna praca.
Środki przeciwzakłóceniowe PCB i obwodów
Konstrukcja zapobiegająca zakleszczeniom płytki drukowanej jest ściśle powiązana z konkretnym obwodem. Następnie dokonamy jedynie wyjaśnień na temat kilku typowych środków ochrony przed zakłóceniami PCB.
1. Konstrukcja przewodu zasilającego
W zależności od wielkości prądu płytki drukowanej spróbuj zwiększyć szerokość linii zasilającej, aby zmniejszyć rezystancję pętli. Jednocześnie upewnij się, że kierunek linii energetycznej i linii uziemiającej jest zgodny z kierunkiem transmisji danych, co pomaga zwiększyć zdolność przeciwzakłóceniową.
2. Konstrukcja przewodu uziemiającego
Oddziel masę cyfrową od masy analogowej. Jeżeli na płytce drukowanej znajdują się zarówno obwody logiczne, jak i obwody liniowe, należy je w miarę możliwości od siebie odseparować. Masę obwodu niskiej częstotliwości należy uziemić równolegle w jednym punkcie, o ile to możliwe. Jeżeli faktyczne okablowanie jest trudne, można je częściowo połączyć szeregowo, a następnie uziemić równolegle. Obwód wysokiej częstotliwości powinien być uziemiony w wielu punktach szeregowo, przewód uziemiający powinien być krótki i gruby, a wokół elementu wysokiej częstotliwości należy zastosować folię uziemiającą o dużej powierzchni przypominającą siatkę.
Przewód uziemiający powinien być jak najgrubszy. Jeśli do przewodu uziemiającego zostanie zastosowana bardzo cienka linia, potencjał uziemienia zmienia się wraz z prądem, co zmniejsza odporność na zakłócenia. Dlatego przewód uziemiający powinien być pogrubiony, aby mógł przepuścić trzykrotność dopuszczalnego prądu na płytce drukowanej. Jeśli to możliwe, długość przewodu uziemiającego powinna być większa niż 2~3 mm.
Przewód uziemiający tworzy zamkniętą pętlę. W przypadku płytek drukowanych składających się wyłącznie z obwodów cyfrowych większość obwodów uziemiających jest ułożona w pętle, aby poprawić odporność na zakłócenia.
3. Konfiguracja kondensatora odsprzęgającego
Jedną z konwencjonalnych metod projektowania płytek PCB jest skonfigurowanie odpowiednich kondensatorów odsprzęgających w każdej kluczowej części płytki drukowanej.
Ogólne zasady konfiguracji kondensatorów odsprzęgających są następujące:
① Podłącz kondensator elektrolityczny 10 ~ 100 uf do wejścia zasilania. Jeśli to możliwe, lepiej podłączyć do 100uF lub więcej.
②Zasadniczo każdy układ scalony powinien być wyposażony w kondensator ceramiczny o pojemności 0,01 pF. Jeśli szczelina na płytce drukowanej nie jest wystarczająca, na każde 4–8 chipów można umieścić kondensator 1–10 pF.
③W przypadku urządzeń o słabych właściwościach przeciwszumowych i dużych zmianach mocy po wyłączeniu, takich jak urządzenia pamięci RAM i ROM, kondensator odsprzęgający powinien być podłączony bezpośrednio pomiędzy linią zasilania a linią uziemienia chipa.
④Przewód kondensatora nie powinien być zbyt długi, zwłaszcza kondensator obejściowy wysokiej częstotliwości nie powinien mieć przewodu.
4. Metody eliminacji zakłóceń elektromagnetycznych w projektowaniu PCB
①Zmniejsz pętle: Każda pętla jest równoważna antenie, dlatego musimy zminimalizować liczbę pętli, obszar pętli i efekt anteny pętli. Upewnij się, że sygnał ma tylko jedną pętlę w dowolnych dwóch punktach, unikaj sztucznych pętli i spróbuj wykorzystać warstwę mocy.
②Filtrowanie: Filtrowanie można zastosować w celu zmniejszenia zakłóceń elektromagnetycznych zarówno w linii zasilającej, jak i linii sygnałowej. Istnieją trzy metody: kondensatory odsprzęgające, filtry EMI i elementy magnetyczne.
③Tarcza.
④ Spróbuj zmniejszyć prędkość urządzeń o wysokiej częstotliwości.
⑤ Zwiększenie stałej dielektrycznej płytki PCB może zapobiec promieniowaniu na zewnątrz części o wysokiej częstotliwości, takich jak linia transmisyjna w pobliżu płytki; zwiększenie grubości płytki PCB i zminimalizowanie grubości linii mikropasków może zapobiec przepełnieniu drutu elektromagnetycznego, a także zapobiec promieniowaniu.