Zorgen voor een eerste succes in PCB EMC-ontwerp

Als platform voor componenten waarvan de toepassingen goed kunnen worden geïmplementeerd in elektronische producten, spelen PCB's (Printed Circuit Boards) een sleutelrol als elektrische verbinding tussen componenten en vormen ze de basis in elektronische apparaten of apparatuur. Daarom leiden de prestaties en kwaliteit ervan rechtstreeks tot die van elektronische producten. Naast de snelle ontwikkeling van de micro-elektronicatechnologie, hebben talrijke elektronische producten de neiging om samen te werken, zodat de onderlinge interferentie steeds groter wordt. Bovendien leidt de toenemende PCB-dichtheid ertoe dat de kwaliteit van het PCB-ontwerp een cruciale rol speelt bij het bepalen van de mate van interferentie en interferentieweerstand. Dientengevolge dragen, naast componentselectie en circuitontwerp, uitstekende componentlay-out en routering ook bij aan PCB EMC (ElectroMagnetic Compatibility)-ontwerp als circuit vereist is om optimale prestaties vast te leggen.

EMC verwijst naar het vermogen van apparaten of systemen dat ze normaal in een elektromagnetische omgeving kunnen werken, terwijl ze weigeren onaanvaardbare elektromagnetische interferentie te genereren voor apparaten of systemen in de omgeving. Elektromagnetische interferentie wordt veroorzaakt door meerdere redenen, voornamelijk samengevat in buitengewoon hoge werkfrequentie of onaanvaardbare lay-out of routering. Tegen de achtergrond van onvermijdelijke hoge radiofrequentie (RF), moeten ontwerpers zich concentreren op het ontwerp van componenten, routering, voeding en aarding bij het implementeren van PCB-ontwerp voor bezorgdheid van EMC. Bovendien moet voor PCB's met een verschillend aantal lagen rekening worden gehouden met verschillende ontwerpelementen om optimale prestaties te bereiken.

Interferentiebron

• Differentiële modus Stroom en Common-mode Stroom

a. Differentiële modustransmissie en Common-modetransmissie

Elk circuit bevat common-mode (CM) stroom en differentiële modus (DM) stroom. Beiden bepalen de mate van RF-transmissie. In feite bestaat er een enorme uitsterving tussen hen. Wanneer een aantal afleidingen of sporen en een referentieretourbron worden gegeven, is elk type stroom beschikbaar. Over het algemeen dragen DM-signalen gegevens of nuttige informatie. De gemeenschappelijke modus veroorzaakt echter de meeste problemen voor EMC als negatief effect van DM-stroom. DM-transmissie wordt meestal gedefinieerd als transmissie van lijn naar lijn, terwijl CM-transmissie meestal wordt gedefinieerd als transmissie van lijn naar aarde. De maximale veldintensiteit die wordt gegenereerd door een gesloten lus kan worden berekend met de formule . E verwijst naar de maximale veldintensiteit (μV/m); r verwijst naar de afstand tussen gesloten lus en meetantenne (m); f verwijst naar frequentie (MHz); Ik_s verwijst naar stroom (mA); A verwijst naar het gebied van de lus (cm²).

Op basis van de bovenstaande formule wordt duidelijk aangegeven dat de veldintensiteit recht evenredig is met het lusoppervlak. Om het DM-transmissieniveau (TL) te verlagen, moet het lusgebied worden verkleind, afgezien van de bronstroomreductie.

CM-straling als gevolg van spanningsdaling zorgt ervoor dat de gedeeltelijke aardingsspanning hoger is dan die in referentieaarde. Kabel verbonden met invloedrijk aardingssysteem wordt beschouwd als een antenne die een onderdeel is van CM-straling. Far-field component kan worden weergegeven door formule , K verwijst naar transmissiecoëfficiënt; I verwijst naar CM-stroom (A); l verwijst naar kabellengte (m); f verwijst naar zendfrequentie (MHz); r verwijst naar afstand (m).

Deze formule geeft duidelijk aan dat de veldintensiteit recht evenredig is met de kabellengte. CM-transmissiereductie hangt af van CM-stroomafname en verlaging van de kabellengte.

b. Conversie tussen CM en DM

DM en CM kunnen onderling worden omgezet als er twee signaallijnen met verschillende impedantie beschikbaar zijn. De impedantie wordt voornamelijk bepaald door leads of kamvormige condensator en spoel die gecorreleerd zijn met fysieke tracering. Voor het traceren van meerderheids-PCB's moeten parasitaire capaciteit en inductantie goed tot een minimum worden beperkt, zodat kan worden voorkomen dat CM en DM worden gegenereerd. Daarom moeten circuits die gevoelig zijn voor de omgeving via een bepaalde methode in evenwicht komen, zodat de draden of kamvormige capaciteit van elke geleider gelijk zijn aan parasitaire capaciteit.

c. Algemene methode om CM- en DM-interferentie te stoppen

De fundamentele richtlijn om CM- en DM-stroom en RF-interferentie te stoppen, ligt in de compensatie van de huidige capaciteit of minimalisering van de huidige capaciteit. Terwijl stroom in sporen vloeit, worden magnetische krachtlijnen gegenereerd, wat leidt tot het optreden van een elektrisch veld. Beide velden kunnen RF-energie uitstralen. Als magnetische krachtlijnen worden gecompenseerd of tot een minimum worden teruggebracht, zal RF-energie niet meer bestaan, wat uiteindelijk de interferentie zal stoppen. Specifieke maatregelen of regels waaraan kan worden voldaan, worden besproken in het laatste deel van dit artikel.

• Overspraak

Als een cruciaal element van PCB-ontwerp moet overspraak zorgvuldig worden overwogen in elke schakel van het hele proces. Overspraak verwijst naar ongewenste elektromagnetische koppeling tussen sporen, kabels, kabelbundels, componenten of andere elektronische componenten die de neiging hebben om te worden beïnvloed door elektromagnetische interferentie.

Als een toonaangevende EMI (ElectroMagnetic Interference) transmissiebenadering, heeft overspraak de neiging om interferentie tussen sporen te veroorzaken. Overspraak kan worden ingedeeld in capaciteitskoppeling en inductantiekoppeling. De eerste komt meestal voort uit het feit dat het spoor zich boven andere sporen of referentievlak bevindt. Dit laatste komt meestal voort uit sporen die fysiek bij elkaar liggen. Als het gaat om parallelle sporen, heeft overspraak twee modi:vooruit en achteruit. Voor PCB's is achterwaartse overspraak meer het overwegen waard dan voorwaartse overspraak. In circuits, hoe groter de impedantie tussen vermogen en interfererende sporen, hoe hoger het overspraakniveau zal zijn. Inductantie-overspraak kan worden geregeld door rand-tot-rand afstand tussen sporen en transmissielijnen of kabels toe te voegen of de afstand tussen sporen en referentievlak te minimaliseren.

• Digitale signaalspectrumanalyse

a. Digitale signalen

Attribuut van digitale signalen is blokgolf en blokgolfsignalen zijn samengesteld uit fundamentele golf en veel harmonische sinussen. Fourier-transformatie kan worden toegepast om de golfvorm van het frequentiebereik van digitale signalen vast te leggen. Daarom, hoe korter de pulsherhalingsperiode is, hoe hoger de herhalingsfrequentie zal zijn en zo zal de harmonische frequentie zijn. Theoretisch is de stijgtijd van de blokgolf nul, zodat de harmonische inhoud oneindig is. Het is echter een trapeziumvormige golfvorm met zowel stijgende als dalende flank.

b. Pulstijddomein en frequentiedomeinconversie (Fourier-transformatie)

Fourier-transformatie leidt rechthoekige puls die moet worden ontleed in cosinus- of sinusgolven, in overeenstemming met formule . In deze vergelijking, AD_n verwijst naar de amplitude van elke cosinusgolfvorm; n verwijst naar het aantal harmonische golven; w verwijst naar de hoekfrequentie.

• Ontkoppeling en aarding

a. Ontkoppelingsontwerp

Het laagdoorlaatfilter bestaat uit een spoel en een condensator en is in staat hoogfrequente interferentiesignalen te filteren. Parasitaire inductantie op lijnen zal de stroomtoevoer vertragen, zodat de uitgangsstroom van aandrijfapparaten zal afnemen. Passende plaatsing van ontkoppelcondensator en toepassing van energieopslagfunctie van spoel en condensator maken het mogelijk om apparaten van stroom te voorzien op het moment van aan en uit. In een DC-lus zal een verandering van de belasting stroomruis veroorzaken. Ontkoppelcondensatorconfiguratie kan voorkomen dat er ruis wordt gegenereerd als gevolg van belastingverandering.

b. Aardingsontwerp

Voor elektronische apparaten is aarding een cruciale methode om interferentie te beheersen. Als aarding correct wordt gecombineerd met afschermingsmaatregelen, zullen de meeste interferentieproblemen worden opgelost.

• Component layout en routing

De lay-out van het circuit bepaalt rechtstreeks de mate van elektromagnetische interferentie en de intensiteit van de interferentieweerstand. Een juiste lay-out verhoogt niet alleen de efficiëntie van het circuit, maar verbetert ook de EMC van het hele systeem. Hoe hoger de werkfrequentie van het eenheidscircuit, hoe hoger de snelheid en hoe meer diversifiërend signaalspectrum. Bijgevolg, hoe hoger het aandeel van de hoogfrequente component, hoe sterker de interferentie zal zijn. Vanuit het perspectief van frequentie komt eerst een hoogfrequent circuit, dan een middenfrequentiecircuit en ten slotte een laagfrequent circuit. Vanuit het perspectief van logische snelheid komt echter eerst een high-speed circuit, dan een mid-speed circuit en tenslotte een low-speed circuit. In overeenstemming met die theorie moet de circuitlay-out worden geïmplementeerd in overeenstemming met het volgende ontwerp.

Naast classificatie naar frequentie of snelheid kunnen ook functie en type als classificatiestandaard worden gebruikt. Gedetailleerde maatregelen die moeten worden genomen, zullen binnenkort in het overige deel van dit artikel worden besproken. Blijf lezen en je krijgt ze in detail.

PCB-ontwerpregels voor EMC

Aangezien er storingsbronnen zijn opgegraven die schade aan de EMC-prestaties van circuits veroorzaken, moeten overeenkomstige ontwerpregels voor EMC-problemen worden uitgewerkt om voor deze bronnen te zorgen. Hier zijn PCB-ontwerpregels om EMC-succes te behalen.

• Oppervlakte-indeling

a. PCB-grootte moet worden overwogen. Als het gaat om boards met buitengewoon grote afmetingen, moet tracing een lange weg gaan met een verhoogde impedantie, een verminderde geluidsweerstand en stijgende productiekosten. Als het gaat om borden met buitengewoon kleine afmetingen, zullen er problemen ontstaan ​​voor thermische dissipatie en heeft overspraak de neiging plaats te vinden tussen aangrenzende sporen. Aanbevolen PCB-afmetingen hebben een rechthoekige vorm met een verhouding tussen lengte en breedte van 3:2 of 4:3. Bovendien, wanneer de bordafmetingen groter zijn dan 200 mm * 150 mm, moet rekening worden gehouden met de mechanische intensiteit die door de plaat wordt ingetrokken. Het is dus erg belangrijk dat u de limiet van uw PCB-fabrikant aan boord kent. PCBCart kan bijvoorbeeld printplaten printen in min 6*6 mm en max 600*700 mm. Bekijk de productiemogelijkheden voor aangepaste PCB's voor meer details.

b. Partitionering moet zorgvuldig worden overwogen voor het ontwerp van de lay-out van componenten. Digitale circuits, analoge circuits en ruisbron moeten onafhankelijk aan boord worden geplaatst en hoogfrequent circuit moet worden geïsoleerd van laagfrequent circuit. Bovendien moet aandacht worden besteed aan de distributie van componenten met sterke en zwakke signalen en problemen met de richting van de signaaloverdracht.

c. De lay-out moet gecentreerd zijn op de kerncomponent in elk functiecircuit om ervoor te zorgen dat de component netjes en compact in dezelfde richting wordt geplaatst. Om te voorkomen dat er koppelingen tussen signalen worden gevormd, mogen componenten die gemakkelijk door interferentie worden beïnvloed, niet naast elkaar worden geplaatst.

d. Gevoelige signaalcomponenten moeten ver van stroom verwijderd zijn en apparaten met een hoog vermogen en gevoelige signaallijnen mogen nooit over apparaten met een hoog vermogen gaan. Thermisch gevoelige componenten moeten ver van thermische apparaten worden geplaatst, terwijl temperatuurgevoelige componenten moeten worden geplaatst in het gebied met de laagste temperatuur.

e. De afstand tussen componenten met een groot potentiaalverschil moet worden vergroot om de mogelijkheid van kortsluiting te voorkomen. Bovendien moeten componenten met een hoog vermogen worden geplaatst op plaatsen die bij het testen onbereikbaar zijn voor aanraking met de hand en door isolatiebescherming gaan.

f. Een doorgaand gat zorgt voor een gedistribueerde capaciteit van 0,5 pF, dus een vermindering van doorgaande gaten is gunstig voor de verbetering van de werksnelheid.

• Componentindeling

a. Vergeleken met discrete componenten, zouden IC-componenten prioriteitsselectie moeten krijgen vanwege hun voordelen van uitstekende verpakking, minder soldeerverbindingen en een laag faalpercentage. Bovendien moeten apparaten met een relatief langzame signaalhelling worden geselecteerd, zodat door signalen gegenereerde hoogfrequente secties kunnen worden verminderd. Toepassing van op het oppervlak gemonteerde apparaten kan de traceerlengte verminderen met verminderde impedantie en verbeterde EMC.

b. Componenten moeten op basis van dezelfde classificatie worden gepositioneerd. Incompatibele componenten moeten onafhankelijk van elkaar worden geplaatst om ervoor te zorgen dat componenten in de ruimte niet met elkaar interfereren.

c. Componenten met een gewicht van meer dan 15 g mogen niet worden gesoldeerd totdat ze zijn bevestigd door ondersteuning. Componenten die zowel groot als zwaar zijn en veel warmte genereren, mogen niet aan boord worden gemonteerd; in plaats daarvan moeten ze op het onderste bord van de afgewerkte doos worden gemonteerd. Bovendien moet thermische dissipatie worden gegarandeerd en moeten thermisch gevoelige componenten ver verwijderd zijn van componenten die warmte genereren.

d. Als het gaat om instelbare componenten zoals een potentiometer, instelbare inductantiespoel, variabele condensator en microschakelaar, moet rekening worden gehouden met de structurele vereisten van het hele systeem. Die componenten moeten op de printplaat worden geplaatst als interne aanpassing nodig is, terwijl ze op plaatsen moeten zijn die compatibel zijn met de machinekaart als externe aanpassing vereist is.

• Routeringsontwerp

Algemene routeringsregel voldoet aan de volgende volgorde:

Afgezien van die algemene routeringsregel, mogen sommige details nooit worden genegeerd:

a. Om stralingsinterferentie te minimaliseren, moeten meerlagige PCB's worden opgepakt met binnenlagen die zijn gedefinieerd als vermogensvlak en aardvlak, zodat de impedantie van het stroomcircuit kan worden verminderd en openbare impedantieruis kan worden gestopt met een gelijkmatig aardingsvlak dat wordt gegenereerd voor signaallijnen. Het speelt een sleutelrol bij het stoppen van straling door de gedistribueerde capaciteit tussen signaallijnen en aardingsvlak te verbeteren. Meer ontwerpopmerkingen voor meerlaagse PCB's worden weergegeven in het gedeelte over PCB-laag en EMC-ontwerp hieronder.

b. Een lage impedantie moet worden gehandhaafd op hoogfrequente signalen door hoogspanningslijnen, aardingslijnen en sporen op de printplaat. Wanneer de frequentie zo hoog wordt gehouden, worden hoogspanningslijnen, aardingslijnen en printplaatsporen allemaal kleine antennes die verantwoordelijk zijn voor het ontvangen en verzenden van interferentie. Om dergelijke interferentie tegen te gaan, is het belangrijker om, vergeleken met het toevoegen van filtercondensatoren, de hoogfrequente impedantie van hoogspanningslijnen, aardingslijnen en printplaatsporen te verminderen. Daarom moeten sporen op de printplaat kort en dik en gelijkmatig zijn gerangschikt.

c. Elektriciteitslijnen, aardingslijnen en gedrukte sporen moeten op de juiste manier worden gerangschikt, zodat ze kort en recht kunnen zijn om het lusgebied dat wordt gevormd door signaallijnen en retourlijnen te minimaliseren.
d. Klokgenerator moet zo dicht mogelijk bij klokapparaten staan.
e. Omhulsel van kwartskristaloscillator moet met aarde worden verbonden.
f. Het klokdomein moet worden omringd door aardingslijnen en de kloklijnen moeten zo kort mogelijk zijn.
g. Voor printplaten moeten onderbroken lijnen met een hoek van 45° in plaats van 90° worden toegepast om transmissie en koppeling van hoogfrequente signalen te verminderen.
h. Eenpuntsaansluiting met stroom en eenpuntsaansluiting met aarde moeten worden toegepast op enkellaagse printplaten en dubbellaagse printplaten. Zowel hoogspanningsleidingen als aardleidingen moeten zo dik mogelijk zijn.
i. Het I/O-stuurcircuit moet zich dicht bij de connectoren aan de rand van de printplaat bevinden.
j. Sleutellijnen moeten dik proberen te zijn en beschermingsgrond moet aan beide zijden worden toegevoegd. Hogesnelheidslijnen moeten kort en recht zijn.
k. Componentpennen moeten zo kort mogelijk zijn, wat vooral werkt voor ontkoppelcondensatoren die gebruik maken van montagecondensatoren zonder pennen.
l. Als het gaat om A/D-componenten, mogen aardingslijnen in het digitale gedeelte en het analoge gedeelte niet worden gekruist.
m. Klok-, bus- en chipselectiesignalen moeten ver verwijderd zijn van I/O-lijnen en connectoren.
n. Analoge spanningsingangslijnen, referentiespanningsaansluiting moet ver verwijderd zijn van digitale circuitsignaallijnen, vooral klok.
o. Interferentie is kleiner wanneer kloklijnen verticaal op I/O-lijnen staan ​​dan parallel aan I/O-lijnen. Bovendien moeten de pinnen van de klokcomponenten ver verwijderd zijn van I/O-kabels.
p. Tracering mag nooit worden aangebracht onder kwartskristal of apparaten die gevoelig zijn voor ruis.
q. Stroomlus mag nooit worden gegenereerd rond zwak-signaalcircuits of laagfrequente circuits.
r. Elk signaal mag geen lus genereren. Als er een lus moet worden aangebracht, moet deze zo klein mogelijk zijn.

• Traceerroutering

a. Parallelle lay-out moet worden uitgevoerd op stroomsignalen met dezelfde output maar in tegengestelde richtingen om magnetische interferentie te elimineren.
b. Discontinuïteit van afgedrukte leads moet zoveel mogelijk worden verminderd. bijv. loodbreedte mag niet door een plotselinge verandering gaan met een hoek van meer dan 90°.
c. EMI wordt meestal gegenereerd door kloksignaallijnen en kloksignaallijnen moeten tijdens het routeren dicht bij de aardlus zijn.
d. Buschauffeur dient naast de te rijden bus te staan. Als het gaat om de draden uit de buurt van PCB's, moeten drivers naast connectoren worden geplaatst.
e. Aangezien signaallijnen van klokkabels, rijdrivers of busdrivers meestal een grote transiënte stroom voeren, moeten afgedrukte kabels zo kort mogelijk zijn. Voor discrete componenten kan de bedrukte draadbreedte ongeveer 1,5 mm bedragen. Voor IC's moet de breedte van de afgedrukte draden echter tussen 0,2 mm en 1,0 mm liggen.
f. Vermijd het gebruik van koperfolie met een groot oppervlak rond thermische apparaten of leidingen waar grote stroom doorheen vloeit, anders kunnen problemen zoals het opblazen of vallen van koperfolie worden veroorzaakt als producten gedurende lange tijd in een thermische omgeving blijven. Als koperfolie met een groot oppervlak moet worden gebruikt, is het beter om gebruik te maken van raster, wat gunstig is om ontsnappend gas te elimineren dat wordt gegenereerd als gevolg van thermische hechting tussen koperfolie en substraat.
g. De opening in het midden van het kussen moet op geschikte wijze groter zijn dan die van de componentpennen. Droog solderen wordt meestal gegenereerd als de pads te groot zijn.

• Krachtontwerp

Ongepast stroomontwerp leidt tot grote geluidsproductie, wat uiteindelijk de prestaties van producten vermindert. Twee primaire factoren veroorzaken onstabiele stroom:
#1:in de toestand van snel schakelen is de tijdelijke uitwisselingsstroom te groot;
#2:er is inductantie bij stroomteruggave.

Als gevolg hiervan moet bij het ontwerp van PCB's volledig rekening worden gehouden met de integriteit van de voeding, behalve dat ook de volgende regels moeten worden nageleefd.

a. Stroomontkoppeling filterontwerp

Het overbruggen van een ontkoppelcondensator met een capaciteit van 0,01μF tot 0,1μF op twee terminals van IC-chipvermogen kan ruis en piekstroom over de hele linie drastisch verminderen. Als aan de huidige compensatie is voldaan, geldt hoe lager de ontkoppelingscapaciteit, hoe beter. Vanwege de lage loodinductantie moeten montagecondensatoren optimaal worden gebruikt.

De meest effectieve methode om stroom te filteren ligt in de filteropstelling bij de AC-voedingsdraad. Om te voorkomen dat kabels onderling worden gekoppeld of een lus ontstaat, moeten de ingangs- en uitgangslijnen van het filter vanaf beide zijden van de printplaat worden geleid en moeten de kabels zo kort mogelijk zijn.

b. Stroombeveiligingsontwerp

Het ontwerp van de stroombeveiliging omvat overstroombeveiliging, alarm bij gebrek aan spanning, zachte start en overspanningsbeveiliging. Overstroombeveiliging kan worden bereikt in het vermogensgedeelte van de PCB door de toepassing van een zekering. Om te voorkomen dat de zekering andere modules tijdens het smelten beïnvloedt, moet de ingangsspanning ook worden ontworpen om de capaciteit te behouden. Om te voorkomen dat overspanning per ongeluk componenten beschadigt, moet een gelijk potentiaal worden ingesteld door middel van beveiligingsapparatuur zoals een ontladingsbuis en varistor tussen distributielijn en aardpotentiaal om overspanningsbeveiliging te bereiken.

• Grondontwerp

Voor apparaten met een equivalent potentiaal met een elektrisch potentiaalbasispunt, hebben aarddraden een inconstante potentiaal. Er kunnen relatief grote verschillen worden waargenomen wanneer de meter wordt gebruikt om potentiaal tussen punten op aardedraden te meten, wat uiteindelijk fouten zal veroorzaken wanneer het circuit werkt.

De belangrijkste reden voor EMI door aardingsdraden ligt in de impedantie van aardingsdraden. Wanneer er stroom door aardingsdraden vloeit, wordt er spanning gegenereerd, wat in feite aardruis is. Onder het aansturen van een dergelijke spanning zal lusstroom op aardedraden worden veroorzaakt, die daarna aardlusinterferentie genereert. Als twee circuits gewoonlijk dezelfde aarddraad gebruiken, zal er openbare impedantiekoppeling plaatsvinden.

Oplossingen voor aardlusinterferentie omvatten het doorsnijden van de aardlus, het toevoegen van aardlusimpedantie en het toepassen van een gebalanceerd circuit. Methoden om openbare impedantiekoppeling teniet te doen, liggen in impedantiereductie op openbare aardingsdraad of parallelle enkelpuntsaarding. Specifieke regels met betrekking tot het ontwerp van de aardingsdraad gaan als volgt.

a. Scheiding tussen digitale aarde en analoge aarde

Als zowel analoge schakelingen als lineaire schakelingen beschikbaar zijn op de printplaat, moeten ze van elkaar worden geïsoleerd. Laagfrequente circuits moeten meer afhankelijk zijn van eenpunts parallelle aarding. Wanneer er problemen optreden in het praktische routeringsproces, kan serieaarding gedeeltelijk worden geïmplementeerd voordat parallelle aarding. Hoogfrequente circuits zijn meestal afhankelijk van aarding met meerdere punten en aardingsdraden moeten kort en dik zijn. Rastervormige koperfolie moet massaal worden aangebracht rond hoogfrequente componenten.

b. Aardingsdraden moeten zo dik mogelijk zijn

Aardingsdraden moeten zo dik mogelijk zijn, zodat een stroom die twee keer zo groot is als de toegestane stroom van de printplaat erdoorheen kan gaan om de ruisweerstand te verhogen. Als kopergieten wordt toegepast om aarddraden te maken, moet dood koper worden vermeden. Bovendien moet koper met vergelijkbare functies met elkaar worden verbonden via dikke kabels, zodat de kwaliteit van de aardingsdraden kan worden gegarandeerd met minder ruis.

c. Gesloten circuit gevormd door aarddraden

Voor printplaten die alleen digitale circuits bevatten, kan de ruisweerstand worden verhoogd door een aardingscircuit in een cirkelvormige lus te ontwerpen.

PCB-laag en EMC-ontwerp

• Juiste PCB-laagtelling

In termen van het aantal lagen, enkellaagse PCB's, dubbellaagse PCB's en meerlagige PCB's.

a. Enkellaagse printplaten en dubbellaagse printplaten zijn toepasbaar voor mid/low-density routing of low-integrity circuits. Op basis van bezorgdheid over de productiekosten zijn de meeste consumentenelektronicaproducten afhankelijk van enkellaagse PCB's of dubbellaagse PCB's. Niettemin genereren ze allebei veel EMI als gevolg van defecten in hun structuren en zijn ze ook gevoelig voor externe interferentie.

b. Meerlaagse PCB's worden meestal meer toegepast in routering met hoge dichtheid en chipcircuits met hoge integriteit. Daarom moeten, wanneer de signaalfrequentie hoog is met elektronische componenten die in hoge dichtheid worden verdeeld, ten minste 4-laags PCB's worden geselecteerd. Bij meerlagig PCB-ontwerp moeten het voedingsvlak en het grondvlak specifiek worden gerangschikt met een kleinere afstand tussen signaallijnen en grondlijnen. Als resultaat kan het lusgebied van alle signalen enorm worden verkleind. Vanuit het perspectief van EMC zijn meerlaagse PCB's in staat om straling effectief te verminderen en de anti-interferentiecapaciteit te verbeteren.

• Enkellaags PCB-ontwerp

Enkellaagse PCB's werken meestal met een lage frequentie van enkele honderden KHz, omdat veel ontwerpvoorwaarden van hoge frequentie beperkt zijn vanwege laagfrequente limieten zoals het ontbreken van RF-circuitretour en controlevoorwaarden die vereist zijn door volledige sluiting, duidelijk lijnhuideffect of onvermijdelijke problemen met magnetische en lusantennes. Daarom zijn enkellaagse PCB's meestal gevoelig voor RF-interferentie zoals statische elektriciteit, snelle puls, straling of geleide RF. Bij een enkellaags PCB-ontwerp wordt geen rekening gehouden met signaalintegriteit en aansluiting van aansluitingen. Eerst komt het ontwerp van de stroom- en aardingsdraad, dan het ontwerp met een hoog risicosignaal dat naast de aardingsdraad moet worden geplaatst. Hoe dichterbij, hoe beter. Ten slotte komt het ontwerp van andere lijnen. Specifieke ontwerpmaatregelen omvatten:
a. Er moeten stroom- en aardingsdraden zijn die langs de aardingspunten van de voedingskast in het signaalnetwerk van het sleutelcircuit lopen.
b. Traces moeten worden gerouteerd volgens subfuncties en er moet kritisch worden gekeken naar de ontwerpvereisten op gevoelige componenten en bijbehorende I/O-terminals en connectoren.
c. Alle componenten in het kritieke signaalnetwerk moeten naast elkaar worden geplaatst.
d. Wanneer PCB's meerdere aardingspunten vereisen, zorg er dan voor dat deze punten onderling met elkaar verbonden zijn en dat ze een ontwerp van de verbindingsmethode bevatten.
e. Voor het routeren van andere lijnen, moeten lijnen met een hogere RF-capaciteit de ontwerpmethode van de mini-pass gebruiken met een vrij RF-retourpad.

• Dubbel/meerlaags PCB-ontwerp

a. Het sleutelvermogensvlak moet naast het overeenkomstige grondvlak worden geplaatst met gegenereerde koppelingscapaciteit. Door samen te werken met de PCB-ontkoppelingscondensator, is het belangrijkste vermogensvlak gunstig voor de impedantiereductie op het vermogensvlak met een uitstekend filtereffect verkregen.

b. Sleutelsignalen op aangrenzende vlakken mogen niet door de splitsingszone gaan om de vergroting van de signaallus te stoppen, intense straling te verminderen en interferentiegevoeligheid te verminderen.

c. Sleutelsignalen zoals kloksignalen, hoogfrequente signalen en hogesnelheidssignalen vragen om een ​​aangrenzend grondvlak. Het signaalvlak naast het grondvlak kan bijvoorbeeld worden beschouwd als een optimaal vlak voor signaalroutering, zodat het signaallusgebied en de afschermingsstraling kunnen worden verkleind.

d. Het krachtvliegtuig moet kleiner zijn dan het grondvlak, meestal vanwege de conformiteit met de 20H-regel.

EMC-ontwerp voor PCB's komt voort uit de complexiteit van technieken, kennis en ervaring. Alle ontwerpregels die in dit artikel worden genoemd, zijn bedoeld om ingenieurs te voorzien van fundamentele en conceptuele richtlijnen om hun eerste succes in EMC-ontwerp te verzekeren. In feite vereist een uitstekend EMC-ontwerp dat ingenieurs zoveel mogelijk elementen in hun bordontwerp meenemen en ingenieurs moeten weten wat ze zijn en hoe ze erop moeten reageren.

Handige bronnen:
• De meest uitgebreide introductie van geautomatiseerde EMI- en EMC-tools
• Invloed van PCB-layout van EMC-prestaties van elektronische producten
• Ontwerpregels voor PCB-partitionering voor EMC-verbetering
• PCB-ontwerp voor radiofrequentiecircuit en elektromagnetische compatibiliteit
• Drie ontwerpoverwegingen die EMC van laptop-PCB's garanderen
• Volledige PCB-productieservice van PCBCart - Meerdere opties met toegevoegde waarde
• Geavanceerde PCB-assemblageservice van PCBCart - Begin vanaf 1 stuk