Hoe interferentie in PCB-ontwerp te verslaan

Met de constante ontwikkeling van informatietechnologie worden elektronische producten steeds gecompliceerder in termen van hun functies, categorieën en structuren, waardoor het PCB-ontwerp in de richting van meerdere lagen en een hoge dichtheid wordt gestuurd. Als gevolg hiervan moet er veel aandacht worden besteed aan EMC (Electromagnetic Compatibility) van PCB-ontwerp, aangezien het EMC-ontwerp van PCB niet alleen zorgt voor een normale en stabiele werking van alle circuits aan boord, zodat ze niet onderling met elkaar interfereren, maar vermindert ook effectief de stralingstransmissie en geleide emissie van PCB's om te voorkomen dat circuits worden gestoord door externe straling en geleiding. Interferentie is de grootste vijand van EMC. Maar ingenieurs, vanaf dit artikel moet u zich geen zorgen meer maken.

Classificatie van PCB-interferentie

PCB-interferentie kan in drie categorieën worden ingedeeld:
1). Lay-outinterferentie verwijst naar interferentie veroorzaakt door ongeschikte plaatsing van componenten op PCB.
2). Stacking-interferentie verwijst naar ruisinterferentie veroorzaakt door onwetenschappelijke instellingen.
3). Routeringsinterferentie verwijst naar interferentie die wordt veroorzaakt door een onjuiste instelling van de afstand tussen PCB-signaallijnen, hoogspanningslijnen en aardingslijnen, lijnbreedte of onwetenschappelijke PCB-routeringsmethode.

In termen van PCB-interferentieclassificatie kunnen enkele onderdrukkingsmaatregelen worden genomen, respectievelijk vanuit het perspectief van lay-outregels, stapelstrategie en routeringsregels met invloed als gevolg van PCB-interferentie verminderd of zelfs geëlimineerd om de compatibiliteit met de EMC-ontwerpstandaard te garanderen.

Overeenkomstige onderdrukkingsmaatregelen voor PCB-interferentie op basis van de classificatie

• Onderdrukkingsmaatregelen voor lay-outinterferentie

Het voorrecht om interferentie met lay-out te stoppen ligt in een redelijke PCB-lay-out die moet voldoen aan de volgende zes regels:

1). De circuitpositie van elke functiemodule moet redelijkerwijs worden ingesteld op basis van de locatie van de signaalstroom en hun stroomrichtingen moeten zoveel mogelijk hetzelfde worden gehouden.

2). De kerncomponent in het circuit van de module moet in het midden worden geplaatst en de kabels tussen componenten, vooral hoogfrequente componenten, moeten zo veel mogelijk worden ingekort.

3). Integratie tussen warmtegevoelige elementen en chips moet ver weg van verwarmingselementen worden uitgevoerd.

4). De positie van de connector moet worden bepaald in overeenstemming met de positie van de componenten aan boord. Connectoren moeten aan één kant van de printplaat worden geplaatst om te voorkomen dat kabels van twee kanten naar buiten worden geleid en om common-mode (CM) stroomstraling te verminderen.

5). De I/O-driver moet goed dicht bij de connector zitten om de langeafstandsroutering van I/O-signalen op het bord te stoppen.

6). Thermogevoelige elementen mogen niet te dicht bij elkaar worden geplaatst en input- en outputcomponenten moeten er ook ver van verwijderd zijn.

• Onderdrukkingsmaatregelen voor stapelinterferentie

Ten eerste moet PCB-ontwerpinformatie worden beheerst met uitgebreide elementen, waaronder signaallijndichtheid, stroom- en aardingsclassificatie om het vermogen en het aantal lagen te bepalen die de implementatie van de circuitfunctie garanderen. De kwaliteit van de stapelstrategie is in wezen gecorreleerd met de tijdelijke spanning van het grondvlak of het vermogensvlak en het elektromagnetische schild van stroom en signalen. Op basis van praktische ervaring met stapelontwerp, moet het stapelontwerp voldoen aan de volgende regels:
1). Grondvlak en stroomvlak moeten naast elkaar liggen en de afstand tussen beide moet zo klein mogelijk zijn.
2). Het signaalvlak moet zich dicht bij het grondvlak of het vermogensvlak bevinden. Een enkele laag of meerdere lagen is OK.

In het proces van enkellaags of dubbellaags PCB-ontwerp, moeten hoogspanningslijnen en signaallijnen zorgvuldig worden ontworpen. Om het lusgebied van de stroomstroom te verkleinen, moeten aardingsleidingen en hoogspanningsleidingen dicht bij elkaar liggen en onderling parallel blijven. Voor enkellaagse PCB's moeten beschermende aardingslijnen worden aangebracht aan beide zijden van belangrijke signaallijnen. Aan de ene kant heeft het tot doel het lusgebied van signalen te verkleinen. Aan de andere kant kan overspraak tussen signaallijnen worden vermeden.

Voor dubbellaagse PCB's kunnen ook beschermende aardingslijnen worden ingesteld of massale aarding wordt geïmplementeerd op het beeldvlak van significante signalen. Hoewel de fabricage van PCB's en het debuggen van assemblages eenvoudig en handig zijn, is het niet acceptabel om gecompliceerde PCB's zoals digitale schakelingen en digitaal-analoge schakelingen rechtstreeks te simuleren, omdat de straling zal toenemen naarmate het lusoppervlak zonder referentievlak toeneemt.

Meerlagige PCB's worden aanbevolen als de kosten voldoende zijn. Bij het ontwerp van meerlaagse PCB's moeten drie regels worden gevolgd:
1). Voor significante signaallijnen, zoals bus- of kloklijnen met sterke straling en lijnen met hoge gevoeligheid, moet routering worden geïmplementeerd tussen twee grondvlakken of op het signaalvlak dat dicht bij het grondvlak ligt, wat gunstig is voor het verkleinen van het signaallusgebied, stralingsintensiteitsvermindering en anti-interferentieversterking.
2). Randstraling moet worden gewaarborgd om onder effectieve controle te zijn. Vergeleken met het aangrenzende grondvlak, moet het voedingsvlak intern worden verminderd met 5 tot 20H (H verwijst naar diëlektrische dikte).
3).. Als er hoogfrequente signaallijnen bestaan ​​tussen de onderste laag en de bovenste laag, moeten deze worden gerangschikt tussen toplaag en grondvlak om straling van hoogfrequente signaallijnen naar de ruimte te voorkomen.

• Onderdrukkingsmaatregelen voor routering van interferentie

Om interferentie te verbieden, moeten de volgende regels worden gevolgd in termen van routering:
1). De kabels op de uitgangsklem en de ingangsklem mogen niet over een lange afstand parallel lopen. Parallelle overspraak kan worden verminderd door aardingslijnen toe te voegen of de afstand tussen lijnen te vergroten.
2). De breedte van de routering kan nooit plotseling worden gewijzigd. Hoek moet een boog zijn of met een hoek van 135°.
3). Externe straling van de stroomvoerende lus neemt toe (verlaagt) met de toename (afname) van het lusoppervlak, de stroom en de signaalfrequentie, dus het is noodzakelijk om het lusoppervlak te verkleinen wanneer er stroom door stroomt.
4). De kabellengte moet worden verminderd en de breedte moet worden vergroot om de impedantie van de kabels te verminderen.
5). Om de ruiskoppeling en overspraak tussen aangrenzende lijnen te minimaliseren, dient u isolatieverwerking tussen lijnen uit te voeren om routeringsisolatie te garanderen.
6). Shunt-isolatiesleutelsignaal moet worden ingesteld en sleutelsignalen worden beschermd door beveiligingscircuits.

Bovendien moet u bij het routeren van signaallijnen, hoogspanningslijnen en aardingslijnen de routeringsregels volgen in overeenstemming met de eigen kenmerken en functies:
a. Openbare aardingslijnen moeten aan de rand van de PCB worden aangebracht met een gaas- of luspatroon; aardingsleidingen moeten zo dik mogelijk zijn en er moet meer koperfolie worden aangebracht om het afschermingseffect te versterken; analoge aarding moet worden geïsoleerd met digitale aarding en parallelle eenpuntsverbinding moet worden toegepast in laagfrequente aarding van analoge aarde. Serieschakeling met meerdere punten moet worden toegepast in hoogfrequente grond. Bij praktische routering kan serieschakeling worden gecombineerd met parallelschakeling.
b. De breedte van hoogspanningslijnen moet waar mogelijk worden vergroot en de lusweerstand moet worden verminderd om te zorgen voor synchronisatie tussen de richting van grondlijnen en hoogspanningslijnen en die van gegevensoverdracht. Voor meerlaagse PCB's moet de afstand tussen hoogspanningslijnen en grondvlak of stroomvlak worden verkleind. Elke functie-eenheid moet afzonderlijk van stroom worden voorzien en circuits met stroom die wordt geleverd door openbare stroom moeten dicht bij elkaar zijn en compatibel zijn met elkaar.
c. Signaalleidingen dienen zo kort mogelijk te zijn om de reductie van de interferentiesignaalkoppelingsweg te verzekeren. Kloksignaallijnen en gevoelige signaallijnen moeten eerst worden gerouteerd, daarna hogesnelheidssignaallijnen en ten slotte onbeduidende signaallijnen. Als signaallijnen niet compatibel zijn met elkaar, moet isolatieverwerking worden geïmplementeerd om het genereren van koppelingsinterferentie te stoppen. Sleutelsignaalroutering kan het scheidingsgebied of zelfs de referentievlakruimte niet overtreffen, veroorzaakt door pad en doorgaand gat via. Anders wordt het gebied van de signaallus vergroot. Om randstraling te voorkomen, mag de afstand tussen de belangrijkste signaallijnen en het referentievlak niet kleiner zijn dan 3H (H verwijst naar de hoogte tussen de belangrijkste signaallijnen en het referentievlak).

Het enige waar we bang voor hoeven te zijn, is de angst zelf. Voor elektronische ingenieurs, in het proces van PCB-ontwerp, laat interferentie u misschien altijd in de steek. Zolang we echter weten waar interferentie vandaan komt en effectieve maatregelen nemen, zal interferentie zeker worden verminderd als de PCB-prestaties volledig worden gerealiseerd.

Handige bronnen:
• Methoden om het anti-interferentievermogen in PCB-ontwerp te versterken
• Analyse van anti-interferentie- en aardingsstrategieën voor PCB's
• Mag de ingenieurvriendelijke PCB-layoutrichtlijnen niet missen
• Full Feature PCB-productieservice van PCBCart - Meerdere opties met toegevoegde waarde
• Geavanceerde PCB-assemblageservice van PCBCart - Start vanaf 1 stuk