Ontwerpregels voor PCB-partitionering voor EMC-verbetering

EMC, een afkorting voor Electro-Magnetic Compatibility, verwijst naar een coëxistentietoestand waarin elektronische apparaten hun eigen functies kunnen uitvoeren in dezelfde elektromagnetische omgeving. Simpel gezegd, EMC zorgt ervoor dat elektronische apparaten onafhankelijk en normaal kunnen werken zonder interferentie tussen hen, dat wil zeggen dat die elektronische apparaten compatibel kunnen zijn met elkaar in het hele systeem. Omdat EMC wordt bereikt door EMI (elektromagnetische interferentie) te beheersen, ontwikkelt het zich met een reeks studies over EMI, zoals de introductie van EMI, onderzoek naar EMI, anti-EMI-oplossingen en EMI-beheer.

Fundamentele principes van EMC

Om interferentie tussen digitale signalen en analoge signalen te verminderen, moet u eerst twee fundamentele principes van EMC kennen.
Principe 1:Het circuitlusgebied moet worden geminimaliseerd.
Principe 2:Er kan slechts één ENKEL referentievlak worden toegepast in een systeem.

Zodra Principe 1 niet wordt gevolgd en signalen een groot lusgebied moeten passeren, wordt een grote lusantenne gegenereerd. Zodra Principe 2 echter niet wordt gevolgd en er twee referentievlakken beschikbaar zijn, wordt een dipoolantenne gemaakt. Geen van de resultaten is wat wordt verwacht.

Mix-Signal PCB-partitioneringsregels en toepassingen

Het wordt aanbevolen om digitale aarde en analoge aarde op hetzelfde mix-signaalbord te scheiden om isolatie tussen hen te bereiken. Ondanks de haalbaarheid van deze oplossing zullen er veel latente problemen optreden, die vooral in grootschalige systemen de kop opsteken. Het cruciale probleem ligt in het feit dat tracering niet kan worden opgezet over de splitsing tussen digitale grond en analoge grond. Met het instellen van tracering over de splitsing, zullen zowel elektromagnetische straling als signaaloverspraak drastisch toenemen. Het meest voorkomende probleem bij het ontwerpen van PCB's ligt in het optreden van EMI als gevolg van signaallijnen die gesplitste grond of voeding kruisen.

Afbeelding 1 hieronder toont de hierboven geïntroduceerde situatie.

Op basis van deze splitsingsmethode moeten signaallijnen over de splitsing tussen digitale aarde en analoge aarde gaan. Hoe ziet het retourpad van het signaalcircuit eruit? Stel dat twee gesplitste gronden op één punt met elkaar zijn verbonden en in deze situatie wordt een grote lus gegenereerd door het aardingscircuit. Daarna zal een hoogfrequent circuit dat over een grote lus stroomt, leiden tot het optreden van een grote lus met een hoge aardcapaciteit en opgewekte straling. Als een analoog circuit van laag niveau over de grote lus stroomt, zal het gemakkelijk worden gestoord door externe signalen. De slechtste situatie zal plaatsvinden wanneer gespleten grond is verbonden met stroom, er zal een extreem grote circuitlus worden gevormd. Bovendien zal een dipoolantenne worden gevormd wanneer analoge aarde en digitale aarde via een lange kabel met elkaar zijn verbonden. Als gevolg hiervan moeten ingenieurs het pad en de methode van het retourcircuit kennen bij de optimalisatie van het ontwerp van printplaten met mixsignalen. Veel ingenieurs kijken echter naar het vloeiende pad van het signaalcircuit zonder na te denken over het specifieke pad van circuits. Als het grondvlak moet worden gesplitst en tracering moet worden aangebracht over de splitsing, kan eerst een enkelpuntsverbinding worden geïmplementeerd tussen twee gesplitste gronden met een gevormde brug, zodat een gelijkstroomretourpad onder elke signaalleiding met een klein lusgebied wordt voorzien gevormd, wat wordt aangegeven in figuur 2.

Toepassing van optische isolatie-apparaten of transformatoren kan ook signalen over splitsing leiden. Als het gaat om optische isolatie-apparaten, zijn het optische signalen die gesplitst worden. Als het gaat om transformatoren, is het een magnetisch veld dat over de splitsing gaat. Een andere toepasbare methode ligt in de toepassing van differentiële signalen. Signaal stroomt in een lijn terwijl het terugkeert van een andere signaallijn. Onder deze voorwaarde is grond niet nodig als retourpad.

Gesplitste partitionering kan in de volgende drie omstandigheden worden toegepast:
Omstandigheid 1:Voor sommige medische apparatuur is een lage lekstroom nodig tussen het circuit dat is aangesloten op de patiënten en het systeem.
Omstandigheid 2:Invoer van sommige industriële procesbesturingsapparatuur kan verbonden met elektromechanische apparaten met veel ruis en vermogen.
Omstandigheid 3:PCB-layout heeft bepaalde beperkingen.

Onafhankelijke digitale en analoge vermogens zijn meestal beschikbaar op PCB's met gemengd signaal en gesplitste vermogensvlakken kunnen en moeten afhankelijk zijn. Signaallijnen die dicht bij de stroomvlakken liggen, kunnen echter niet over de splitsing tussen vermogens gaan en alle signaallijnen die deze splitsing kruisen, moeten omgevingsrijk zijn voor geleidervlakken met een groot oppervlak. In sommige situaties kunnen gesplitste problemen met betrekking tot stroomvlakken worden vermeden door analoge stroom te ontwerpen als verbindingsdraden voor PCB's in plaats van alleen een vliegtuig.

Ground Plane Layout Methode en toepassingen van Mix-Signal PCB

Om de interferentie te bespreken die digitale signalen op analoge signalen achterlaten, moeten eerst de kenmerken van hoogfrequente stroom worden begrepen. Hoogfrequente stroom is altijd afhankelijk van het pad met minimale impedantie (laagste inductantie) en ligt direct onder signalen. Dientengevolge zal het retourpad over het omgevingscircuit stromen, ongeacht of dit vlak een vermogensvlak of grondvlak is. In de praktijk wordt het grondvlak meestal gebruikt met een printplaat die is opgedeeld in een analoog gedeelte en een digitaal gedeelte. Analoge signalen worden binnen analoge secties van alle vlakken gelegd, terwijl digitale signalen binnen het digitale circuitgebied worden gelegd. In deze situatie vloeit de retourstroom van het digitale signaal niet naar de aarde van analoge signalen. Zolang de digitale signaallay-out wordt uitgevoerd boven de analoge sectie of de analoge signaallay-out wordt uitgevoerd boven de digitale sectie in PCB's, zal interferentie geproduceerd door digitale signalen op analoge signalen worden gegenereerd.

Het optreden van dergelijke problemen komt niet voort uit de afwezigheid van split ground, maar uit de ongeschikte lay-out van digitale signalen. Als het gaat om PCB-ontwerp, helpen grondvlaktoepassing, partitionering door digitale circuits en analoge circuits en een redelijke signaallay-out meestal bij het oplossen van moeilijke problemen met betrekking tot lay-out en partitionering. Bovendien kunnen enkele potentiële problemen veroorzaakt door gespleten grond worden vermeden. Als gevolg hiervan worden de lay-out en partitionering van componenten belangrijke elementen die de kwaliteit van het PCB-ontwerp bepalen. Als lay-out en partitionering geschikt genoeg zijn, zal de stroom in digitale aarde worden beperkt in het digitale gedeelte in een printplaat met analoge signalen die niet worden gestoord. De lay-out voor een dergelijke situatie moet zorgvuldig worden geïnspecteerd en gecontroleerd om ervoor te zorgen dat de lay-outregels volledig worden nageleefd. Anders kan zelfs een ongeschikte lay-out van de signaallijnen leiden tot het uitvallen van een hele printplaat.

Wanneer analoge aarde- en digitale aardingspinnen van de A/D-converter met elkaar zijn verbonden, raden de meeste fabrikanten van A/D-converters aan om de ADND- en DGND-pinnen met dezelfde aarde te verbinden met een lage impedantie via minimale kabels. Dat komt omdat die pinnen niet zijn aangesloten in de meeste A / D-converter-IC's en elke externe impedantie die is aangesloten op DGND zal leiden tot meer digitale ruis in combinatie met een analoog circuit in IC via parasitaire capaciteit. Dienovereenkomstig moeten zowel de AGND- als de DGND-pinnen van de A/D-converter worden aangesloten op analoge aarde. Desalniettemin zal het een probleem oproepen of analoge aarde of digitale aarde moet worden verbonden met de aardklem van de ontkoppelingscondensator van digitale signalen.

Als het gaat om het systeem met een enkele A/D-converter, kan het hierboven geïntroduceerde probleem eenvoudig worden opgelost. Met gescheiden aarde, zijn het analoge aardingsgedeelte en het digitale aardingsgedeelte aangesloten onder een A/D-converter. Wanneer deze methode wordt gebruikt, moet de brug tussen twee gronden net zo breed zijn als die van IC en mag een signaallijn niet gesplitst worden.

Als het gaat om een ​​systeem met een paar A/D-converters, bijvoorbeeld 10, hoe moeten we dan aansluiten? Als we dezelfde oplossing volgen als hierboven geïntroduceerd, dat wil zeggen, om analoge aarde en digitale aarde onder een A / D-omzetter te verbinden, zal een meerpuntsverbinding worden veroorzaakt, zodat isolatie tussen analoge aarde en digitale aarde zinloos wordt. Als de aansluiting niet op deze manier wordt uitgevoerd, wordt niet aan de eis van de fabrikant voldaan. De optimale oplossing ligt in de toepassing van uniforme grond die is onderverdeeld in analoge sectie en digitale sectie. Dit type lay-out voldoet niet alleen aan de vereisten voor analoge aarde en digitale aarde van IC-fabrikanten die een lage impedantie tussen beide eisen, maar voorkomt ook problemen met EMC, zoals een lusantenne of dipoolantenne.

Als ingenieurs twijfels hebben over uniforme grondtoepassing in PCB-ontwerp, kan de lay-out worden geïmplementeerd op basis van de grondvlaksplitsingsmethode. Tijdens het ontwerp moet het bord toegankelijk zijn om draad te springen met een weerstand van minder dan 0,5 inch of 0 ohm om gesplitste aarde aan te sluiten. Er moet veel aandacht worden besteed aan de indeling en lay-out om ervoor te zorgen dat er geen digitale signaallijnen boven het analoge gedeelte worden geplaatst en omgekeerd. Bovendien mag een signaallijn niet over gesplitste of gesplitste isolatievermogens gaan. Om de functies van de PCB en zijn EMC te testen, moeten twee aardingen worden aangesloten via een weerstand van 0 ohm of een draadbrug en vervolgens de functies van de kaart en zijn EMC opnieuw testen. Vergelijking van resultaten geeft aan dat in alle gevallen een uniforme grondoplossing beter is dan een split-grondoplossing in termen van functies en EMC.

Mix-signaal PCB-ontwerp is een ingewikkeld proces. Een PCB moet worden verdeeld in onafhankelijke analoge secties en digitale secties en een A/D-converter moet over secties worden geplaatst. Om analoge en digitale vermogens te scheiden, mag de splitsing tussen geïsoleerde vermogensvlakken niet worden gekruist en moeten signaallijnen die moeten worden gekruist, worden gerangschikt op de circuitlaag die een omgevings- tot groot gebied is. Waar retourpadstroom vloeit en hoe deze vloeit, moet worden geanalyseerd, zodat de geschikte componentlay-out en correcte lay-outregels moeten worden nageleefd. In alle lagen van een printplaat kunnen digitale signalen alleen in digitale secties worden ingedeeld, terwijl analoge signalen alleen in analoge secties kunnen worden ingedeeld.

Ground Plane Layout Methode en toepassingen van Mix-Signal PCB

Als je ooit een pcb-ontwerp hebt voltooid en iemand nodig hebt om het in een echte printplaat te brengen. Neem gerust contact met ons op voor een oplossing. We hebben meer dan tien jaar ervaring in het vervaardigen van aangepaste PCB's. We hebben alles in huis om uw PCB's snel en kosteneffectief te fabriceren met alle functies die u nodig heeft.

Handige bronnen
• De meest uitgebreide introductie van geautomatiseerde EMI- en EMC-tools
• Zorgen voor een eerste succes in PCB EMC-ontwerp
• Invloed van PCB-lay-out van EMC-prestaties van elektronische producten
• Problemen van EMC-technologietoepassing in PCB-ontwerp van elektronische apparaten en de strategieën