PCB-storingbestrijding beheersen: Een professionele gids voor EMC-naleving

Met de constante ontwikkeling van informatietechnologie worden elektronische producten steeds complexer in termen van hun functies, categorieën en structuren, wat PCB-ontwerp drijft in de richting van meerdere lagen en hoge dichtheid. Als gevolg hiervan moet veel aandacht worden besteed aan EMC (Elektromagnetische Compatibiliteit) van PCB-ontwerp, aangezien EMC-ontwerp van PCB niet alleen normaal en stabiel werken van alle circuits op de print zorgt zodat ze niet met elkaar interfereren, maar ook effectief stralingsuitzending en geleide emissie van PCB vermindert om te voorkomen dat circuits worden gestoord door externe straling en geleiding. Storing is de voornaamste vijand van EMC. Maar ingenieurs, u hoeft zich vanaf dit artikel geen zorgen meer te maken.

Classificatie van PCB-storing

PCB-storing kan worden geclassificeerd in drie categorieën:
1). Layout-storing verwijst naar storing veroorzaakt door ongeschikte plaatsing van componenten op PCB.
2). Stapeling-storing verwijst naar ruisstoring veroorzaakt door onwetenschappelijke instelling.
3). Routing-storing verwijst naar storing veroorzaakt door onjuiste instelling van afstand tussen PCB-signaillijnen, voedingslijnen en aardlijnen, lijnbreedte of onwetenschappelijke PCB-routingmethode.

In termen van PCB-storingclassificatie kunnen respectievelijk onderdrukkingsmaatregelen worden genomen vanuit het perspectief van layout-regels, stapelstrategie en routing-regels met invloed als resultaat van PCB-storing gereduceerd of zelfs geëlimineerd om compatibiliteit met EMC-ontwerpstandaard te waarborgen.

Bijbehorende onderdrukkingsmaatregelen voor PCB-storing gebaseerd op classificatie

• Onderdrukkingsmaatregelen voor layout-storing

Het voorrecht om layout-storing te stoppen ligt in redelijke PCB-layout die moet voldoen aan de volgende zes regels:

1. Circuitpositie van elk functioneel module moet redelijk worden ingesteld volgens signaalstroombaan en hun stromingsrichtingen moeten zoveel mogelijk hetzelfde blijven.
2. Kerncomponent in de circuit van module moet in het centrum worden geplaatst en aansluitingen moeten zoveel mogelijk worden verkort tussen componenten, vooral hoge-frequentie componenten.
3. Integratie tussen thermisch gevoelige elementen en chips moet worden uitgevoerd ver weg van verwarmingselementen.
4. Connectorpositie moet worden bepaald in overeenstemming met componentposities op print. Connectors moeten aan één kant van PCB worden geplaatst om te voorkomen dat kabels aan twee kanten worden uitgevoerd en om common mode (CM) stroomstraling te verminderen.
5. I/O driver moet nauw dicht bij connector worden geplaatst om langafstandsrouting van I/O signalen op de print te voorkomen.
6. Thermisch gevoelige elementen mogen niet te dicht bij elkaar worden geplaatst en in- en uitgangcomponenten moeten ook ver weg van hen zijn.

• Onderdrukkingsmaatregelen voor stapeling-storing

Eerst moet PCB-ontwerpinformatie worden beheerst met uitgebreide elementen overwogen, waaronder signaallijndichtheid, voeding en aardingclassificatie om voeding en aantal lagen te bepalen die implementatie van circuitfunctie garanderen. Kwaliteit van stapelstrategie is essentieel gecorreleerd met transiente spanning van aardvlak of voedingsvlak en elektromagnetisch schild van voeding en signalen. Op basis van praktische stapelontwerpervaring moet stapelontwerp voldoen aan de volgende regels:

1. Aardvlak en voedingsvlak moeten aan elkaar grenzen en de afstand tussen hen moet zo klein mogelijk zijn.
2. Signaalvlak moet nauw dicht bij aardvlak of voedingsvlak liggen. Zowel enkele laag als meervoudige lagen is acceptabel.

In het proces van enkelzijdige of dubbelzijdige PCB-ontwerp moeten voedingslijnen en signaallijnen zorgvuldig worden ontworpen. Om de lusoppervlakte van voedingstroom te verkleinen, moeten aardlijnen en voedingslijnen nauw aan elkaar grenzen en wederzijds parallel blijven. Voor enkelzijdige PCB's moeten beschermende aardlijnen aan beide kanten van belangrijke signaallijnen worden gerangschikt. Enerzijds is het gericht op het verkleinen van de lusoppervlakte van signalen. Anderzijds kan crosstalk worden vermeden tussen signaallijnen.

Voor dubbelzijdige PCB's kunnen beschermende aardlijnen ook worden ingesteld of grootoppervlakte aarding wordt geïmplementeerd op het beeldvlak van significante signalen. Hoewel PCB-fabricage en assemblage debugging eenvoudig en gemakkelijk zijn, is het niet acceptabel om direct gecompliceerde PCB's te simuleren zoals digitale circuit en digitaal-analoge circuit omdat straling zal toenemen met de toename van lusoppervlakte zonder referentievlak.

Meerlaagse PCB's worden aanbevolen als kosten toereikend zijn. Drie regels moeten worden gevolgd in het proces van meerlaags PCB-ontwerp:

1. Voor significante signaallijnen, zoals bus- of kloklijnen met sterke straling en lijnen met hoge gevoeligheid, moet routing worden geïmplementeerd tussen twee aardvlakken of op het signaalvlak dat nauw dicht bij aardvlak ligt, wat gunstig is voor het verkleinen van signaal lusoppervlakte, stralingsintensiteitsreductie en anti-storing versterking.
2. Randstraling moet effectief worden gecontroleerd. Vergeleken met aangrenzend aardvlak, moet voedingsvlak intern worden verminderd met 5 tot 20H (H verwijst naar diëlektrische dikte).
3. Als hoge-frequentie signaallijnen bestaan tussen onderlaag en bovenlaag, moeten ze worden gerangschikt tussen bovenlaag en aardvlak om straling van hoge-frequentie signaallijnen naar de ruimte te verbieden.

• Onderdrukkingsmaatregelen voor routing-storing

Om storing te verbieden, moeten de volgende regels worden nageleefd in termen van routing:

1. Aansluitingen aan uitgangsklem en ingangsklem moeten vermijden lang parallel te zijn. Parallelle crosstalk kan worden verminderd door aardlijnen toe te voegen of afstand tussen lijnen te vergroten.
2. Routingbreedte mag nooit plotseling veranderen. Hoek moet boogvormig zijn of met een hoek van 135°.
3. Externe straling van stroomdragende lus neemt toe (af) met de toename (afname) van lusoppervlakte, stroom en signaalfrequentie, dus is het noodzakelijk om leidingslusoppervlakte te verminderen wanneer stroom doorstroomt.
4. Leidinglengte moet worden verminderd terwijl breedte wordt verhoogd om impedantie van leidingen te verminderen.
5. Om ruiskoppeling en crosstalk tussen aangrenzende lijnen te minimaliseren, voer isolatieverwerking uit tussen lijnen om routingisolatie te garanderen.
6. Shunt-isolatie sleutelsignaal moet worden ingesteld en sleutelsignalen worden beschermd door beschermingscircuits.

Bovendien, bij het routeren van signaallijnen, voedingslijnen en aardlijnen, volg routingregels in overeenstemming met hun eigen kenmerken en functies:

a. Algemene aardlijnen moeten aan de rand van PCB worden gerangschikt met mesh- of luspatroon; aardlijnen moeten zo dik mogelijk zijn en meer koperfolie moet worden toegepast om schildeffect te versterken; analoge aarding moet geïsoleerd worden van digitale aarding en eenspuntige parallelle verbinding moet worden toegepast in lage-frequentie aarding van analoge aarding. Meervoudige serieverbinding moet worden toegepast in hoge-frequentie aarding. In praktische routing kan serieverbinding gecombineerd worden met parallelle verbinding.

b. Breedte van voedingslijnen moet zo veel mogelijk worden vergroot en lusweerstand moet worden verminderd om synchronisatie te garanderen tussen richting van aardlijnen en voedingslijnen en die van data transmissie. Voor meerlaagse PCB's moet de afstand tussen voedingslijnen en aardvlak of voedingsvlak worden verminderd. Voeding moet onafhankelijk aan elke functionele eenheid worden geleverd en circuits met voeding geleverd door gemeenschappelijke voeding moeten dicht bij en compatibel met elkaar zijn.

c. Signaallijnen moeten zo kort mogelijk zijn om de reductie van interferentie signaal koppeling pad te garanderen. Kloksignaal lijnen en gevoelige signaallijnen moeten eerst worden gerouteerd, daarna komen hoge-snelheid signaallijnen en tenslotte onbetekenende signaallijnen. Als signaallijnen niet compatibel zijn met elkaar, moet isolatieverwerking worden geïmplementeerd om de generatie van koppelingstoring te stoppen. Sleutelsignaal routing mag niet de scheidingsgebied of zelfs referentievlak ruimte overschrijden veroorzaakt door pad en doorgat-via. Anders zal signaal lusoppervlakte toenemen. Tegelijkertijd, om randstraling te verbieden, mag de afstand tussen sleutelsignaal lijnen en referentievlak niet minder dan 3H zijn (H verwijst naar de hoogte tussen sleutelsignaal lijnen en referentievlak).

Het enige waar we ons voor hoeven te vreezen is de vrees zelf. Voor elektronische ingenieurs, in het proces van PCB-ontwerp, laat storing u misschien altijd in de steek. Echter, zolang we weten waar storing vandaan komt en effectieve maatregelen nemen, zal storing zeker worden verminderd met PCB-prestaties volledig gerealiseerd.

Nuttige bronnen

• Methoden om de anti-storing capaciteit in PCB-ontwerp te versterken
• Analyse van anti-storing en aardingsstrategieën voor PCB's
• Can't-Miss Engineer-Friendly PCB Layout Richtlijnen
• Volledige PCB-fabricageservice van PCBCart - Meerdere waardevolgende opties
• Geavanceerde PCB-assemblageservice van PCBCart - Vanaf 1 stuk