La importancia de la placa PCB en el diseño de EMC

Además de la selección y el diseño del circuito de los componentes, un buen diseño de la placa de circuito de impresión (PCB) también es un factor muy importante en la compatibilidad electromagnética. La clave para el diseño de PCB en EMC es reducir el área de retorno tanto como sea posible y dejar que la ruta de retorno fluya en la dirección del diseño. La corriente de retorno más común proviene de las grietas del plano de referencia, la transformación de la capa del plano de referencia y la señal que fluye a través del conector. Los condensadores de choque o el desacoplamiento de contenedores eléctricos pueden resolver algunos problemas, pero es necesario considerar la impedancia general de los condensadores, perforados, almohadillas y cableado.

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estrategia de capas de PCB
El grosor del grosor, el proceso perforado y la cantidad de capas de la placa de circuito en el diseño de la placa de circuito no son la clave para resolver el problema. La excelente pila en capas es la derivación y el desacoplamiento del flujo de la fuente de alimentación. La clave para bloquear el campo electromagnético de la señal y la fuente de alimentación. Desde la perspectiva de la línea de señal, una buena estrategia en capas debería ser colocar todo el cableado de señal en una o varias capas, estas capas están al lado de la capa de potencia o capa de tierra. Para la fuente de alimentación, una buena estrategia en capas debe ser adyacente a la capa de potencia y la capa de tierra, y la distancia entre la capa de potencia y la capa de tierra debe ser lo más pequeña posible. Esto es lo que decimos estrategia "en capas". A continuación hablaremos de excelentes estrategias de estratificación de PCB.

1. El plano de proyección de la capa de cableado debe estar en su área de plano de retorno. Si la capa de cableado no está en el área de proyección de su capa de plano de retorno, habrá líneas de señal fuera del área de proyección durante el cableado, lo que causará el problema de "radiación de borde", y también causará la esencia del área de bucle de señal.
2. Trate de evitar configuraciones adyacentes de la capa de cableado. Debido a que la línea de señal paralela en la capa de cableado adyacente causará cadenas de señal, si la capa de cableado no es adyacente, la distancia entre la capa entre las dos capas de cableado debe estirarse adecuadamente para reducir el espacio entre la capa de cableado y su señal. bucle.
3. La capa plana adyacente debe evitar la superposición de su plano de proyección. Porque cuando la proyección se superpone, la capacitancia de acoplamiento entre las capas hará que el ruido entre las capas se acople.

Diseño de placa multicapa:
Cuando la frecuencia del reloj supera los 5 MHz, o el tiempo de aumento de la señal es inferior a 5 ns, para que el área del bucle de señal esté bien controlada, generalmente se requiere un diseño de placa multicapa. Preste atención a los siguientes principios cuando diseñe una placa multicapa:
1. Las capas de cableado clave (líneas de reloj, bus, línea de señal de interfaz, cable de radiofrecuencia, línea de señal de reinicio, línea de señal de chip y varios cables de señal de control, etc.) deben estar adyacentes al plano de tierra completo. La línea de señal es generalmente una línea de señal con fuerte radiación o extremadamente sensible. El cableado cerca de la superficie del suelo puede reducir su área de bucle de señal, reducir su intensidad de radiación o mejorar la capacidad antiinterferente.
2. El plano de la fuente de alimentación debe compararse con la contracción interna del plano adyacente (el valor recomendado es de 5 h a 20 h). En comparación con la contracción de la superficie del suelo de reflujo, el plano de potencia puede inhibir efectivamente el problema de la "radiación de borde", como se muestra en la figura a continuación.

Además, el plano de alimentación de trabajo del propietario de la placa única (el plano de suministro de energía más utilizado) debe estar adyacente a su plano de tierra para reducir efectivamente el área del circuito de la corriente de alimentación.

3. Si las capas SUPERIOR e INFERIOR de la placa única no tienen líneas de señal ≥50MHz. Si es así, es mejor tomar la señal de alta frecuencia entre las dos capas planas para inhibir su radiación del espacio.
Diseño de placa de una sola capa y placa de doble capa:
Para el diseño de tableros de una y dos capas, se debe pagar principalmente el diseño de las líneas de señal clave y los cables de alimentación. Debe haber una línea de tierra cerca de la línea de suministro de energía para reducir el área del circuito de corriente de energía.

Los dos lados de la línea de señal clave del tablero de una sola capa deben ser "Línea de grupo de guía", como se muestra en la figura a continuación. Debe haber un pavimento de área grande en el plano de proyección de la línea de señal clave del tablero de doble capa, o el mismo método de procesamiento de placa de capa, y la "Línea de grupo de guía" debe diseñarse, como se muestra en la figura. Por un lado, a ambos lados de la línea de señal clave, el área de señal se puede reducir por un lado. Además, también puede evitar la perturbación de cuerdas entre la línea de señal y otros cables de señal.

Para el diseño de tableros de una y dos capas, se debe pagar principalmente el diseño de las líneas de señal clave y los cables de alimentación. Debe haber una línea de tierra cerca de la línea de suministro de energía para reducir el área del circuito de corriente de energía.

Los dos lados de la línea de señal clave del tablero de una sola capa deben ser "Línea de grupo de guía", como se muestra en la figura a continuación. Debe haber un pavimento de área grande en el plano de proyección de la línea de señal clave del tablero de doble capa, o el mismo método de procesamiento de placa de capa, y la "Línea de grupo de guía" debe diseñarse, como se muestra en la figura. Por un lado, a ambos lados de la línea de señal clave, el área de señal se puede reducir por un lado. Además, también puede evitar la perturbación de cuerdas entre la línea de señal y otros cables de señal.

Nota: La línea roja es la línea de señal clave y la línea azul es la línea de tierra

Habilidades de diseño de PCB
Al diseñar el diseño de la placa de circuito impreso, los principios de diseño de las líneas rectas a lo largo del flujo de la señal hacia la línea recta deben rodearse por completo tanto como sea posible. Esto puede evitar el acoplamiento directo de la señal y afectar la calidad de la señal. Además, para evitar interferencias y acoplamientos entre el circuito y los componentes electrónicos, la colocación del circuito y el diseño del componente deben seguirse de la siguiente manera:
1. Si la interfaz está "limpia" en la placa única, el filtro y el dispositivo de aislamiento deben colocarse en la banda de aislamiento entre "limpia" y el lugar de trabajo. Esto puede evitar que los dispositivos de filtrado o aislamiento se acoplen entre sí a través de la capa plana para debilitar el efecto. Además, en la “tierra limpia” no se puede colocar ningún otro dispositivo que no sean dispositivos filtrantes y protectores.

2. Cuando una variedad de circuitos de módulos se colocan en la misma PCB, los circuitos digitales y los circuitos de simulación, los circuitos de alta y baja velocidad deben separarse para evitar interferencias entre los circuitos digitales, los circuitos analógicos, los circuitos de alta velocidad y los circuitos de baja velocidad. circuitos de velocidad Además, cuando hay circuitos de alta, media y baja velocidad en la placa de circuito al mismo tiempo, para evitar que el ruido del circuito de alta frecuencia se irradie a través de la interfaz, se deben seguir los principios de diseño de la figura a continuación.

3. El circuito del filtro en el puerto de entrada de la placa de línea debe colocarse cerca de la interfaz para evitar que la línea del filtro lo acople nuevamente.

4. Los dispositivos de filtrado, protección y aislamiento del circuito de interfaz están cerca de la ubicación de la interfaz. Como se muestra en la figura a continuación, el efecto de protección, filtrado y aislamiento se puede lograr de manera efectiva. Si hay un circuito tanto de filtrado como de protección en la interfaz, se deben seguir los principios de primera protección y luego filtrado. Debido a que el circuito de protección se usa para realizar la supresión de sobrevoltaje y sobrecorriente externa, si el circuito de protección se coloca después del circuito del filtro, el circuito del filtro se dañará por sobrepresión y sobrecorriente. Además, debido a que el cableado de entrada y salida del circuito debilitará el efecto de filtrado, aislamiento o protección cuando el circuito esté acoplado entre sí. Cuando el diseño, el circuito de filtro (filtro), el aislamiento y el cable de entrada y salida del circuito de protección no deben acoplarse.

5. Los circuitos o dispositivos sensibles (como los circuitos de reinicio, etc.) están lejos de los bordes de la placa única, especialmente el borde de la interfaz de revestimiento de al menos 1000 mil.

6. Se debe colocar cerca un circuito de unidad o un dispositivo con grandes cambios de corriente (como el extremo de entrada y salida del módulo de potencia, el ventilador y el relé) para reducir el área de bucle del circuito de gran corriente.

7. El dispositivo de filtrado debe descargarse en paralelo para evitar que el circuito vuelva a perturbarse después del filtrado.

8. Stry, cristal, relé, potencia de conmutación y otros dispositivos de radiación fuerte están al menos a 1000 mil del conector de interfaz de revestimiento. De esta forma, la interferencia se puede radiar directamente desde el cable o la corriente se acopla a la radiación hacia el exterior.

Reglas de cableado de PCB
Además de la selección y el diseño del circuito de los componentes, un buen cableado de la placa de circuito de impresión (PCB) también es un factor muy importante en la compatibilidad electromagnética. Dado que la placa de circuito impreso es el componente inherente del sistema, la compatibilidad electromagnética mejorada en el cableado de la placa de circuito impreso no supondrá costes adicionales para la finalización final del producto. Cualquiera debe recordar que un cableado de PCB deficiente puede causar más problemas de compatibilidad electromagnética, en lugar de eliminar estos problemas. En muchos ejemplos, incluso si se agregan el filtro y los componentes, estos problemas no se pueden resolver. Al final, tuvo que volver a cablear toda la placa. Por lo tanto, desarrollar un buen hábito de cableado de PCB al principio es el método que más dinero ahorra. A continuación se presentarán algunas reglas universales del cableado de PCB y las estrategias de diseño de cables de alimentación, cables de tierra y cables de señal. Finalmente, de acuerdo con estas reglas, medidas de mejora para los circuitos de placa de circuito impreso típicos del regulador de aire.

1. Separación de cableado
La función del cableado es minimizar los pinchos y el ruido de acoplamiento entre las líneas adyacentes en la misma capa de PCB. La especificación de 3W indica que todas las señales (relojes, videos, audio, reinicio, etc.) deben aislarse entre en línea y línea, bordes, borde a borde como se muestra en la Figura 10. Para reducir aún más el acoplamiento magnético, el punto de referencia es distribuido cerca de la señal clave para aislar el ruido de acoplamiento generado en las otras líneas de señal.

2. Línea de protección y desvío
Establecer líneas de desvío y protección es un método muy efectivo para aislar y proteger la señal del reloj de un sistema en un sistema lleno de ruido. En la siguiente figura, las líneas paralelas o de protección en el PCB están distribuidas a lo largo de la línea de la señal clave. La línea de protección no solo aísla el flujo magnético de acoplamiento generado por otras líneas de señal, sino que también aísla el acoplamiento de otras líneas de señal del acoplamiento de otras líneas de señal. La diferencia entre la línea de desvío y la línea de protección es que la línea de desvío no necesita estar conectada (conectada a tierra), pero ambos extremos de la línea de protección deben estar conectados a tierra. Para reducir aún más el acoplamiento, las líneas de protección en PCB multicapa se pueden agregar a tierra cada dos secciones.

3. Diseño del cable de alimentación
Según el tamaño de la placa de línea, el ancho de la línea de alimentación se engrosa tanto como sea posible para reducir la resistencia del circuito. Al mismo tiempo, la dirección del cable de alimentación y la línea de tierra es consistente con la dirección de la transmisión de datos, lo que ayuda a mejorar la capacidad de resistencia al ruido. En un panel simple o panel doble, si el cable de alimentación tiene un recorrido largo, el capacitor de acoplamiento debe agregarse a tierra cada 3000 mil, y el valor de la capacitancia es 10 UF + 1000 PF.

4. Diseño de suelo
El principio del diseño de la línea de tierra es:
(1) Separado digitalmente de la simulación. Si hay circuitos lógicos y circuitos cableados en la placa de línea, deben estar separados tanto como sea posible. La tierra del circuito de baja frecuencia debe usarse como punto único y como conexión a tierra. Cuando el cableado real es difícil, se puede conectar parcialmente en serie antes de conectar la tierra. El circuito de alta frecuencia debe adoptar una conexión a tierra de múltiples puntos, la línea de tierra debe alquilarse en corto y alquilarse, y los elementos de alta frecuencia deben usarse como una gran área de la lámina de piso en forma de rejilla tanto como sea posible.
(2) La línea de puesta a tierra debe ser lo más gruesa posible. Si el cable de tierra se usa con líneas de barandilla, el potencial de tierra cambiará con los cambios en la corriente para reducir el rendimiento antirruido. Por lo tanto, la línea de conexión a tierra debe ser más gruesa para que pueda triplicar la corriente permitida en la placa impresa. Si es posible, la línea de tierra debe estar por encima de 2 ~ 3 mm.
(3) La línea de tierra constituye un circuito cerrado. La placa impresa que consta de circuitos digitales puede mejorar en su mayoría la capacidad antirruido.

5. Diseño del cable de señal
Para los cables de señal clave, si la placa única tiene una capa de enrutamiento de señal interna, las líneas de señal clave, como los relojes, son de tela en la capa interna y se prefieren las capas de cableado preferidas. Además, la línea de señal clave no debe poder moverse a través del área de división, incluido el espacio del plano de referencia causado por perforaciones y almohadillas, de lo contrario, aumentará el área del bucle de señal. Además, la línea de señal clave debe estar desde el borde del plano de referencia ≥ 3H (H es la altura del plano de referencia de la distancia de la línea) para inhibir el efecto de radiación del borde.

Para cables de señal sensibles, como líneas de reloj, cables de bus y de radiofrecuencia, y cables de señal de reinicio, líneas de señal de chip, señales de control del sistema y otros cables de señal sensibles, la línea de señal debe mantenerse alejada de la interfaz. Por lo tanto, evite el acoplamiento de interferencia en la línea de señal de radiación fuerte a la línea fuera de señal e irradie hacia afuera; Evite el acoplamiento de interferencia externa de interferencia extranjera traída en la interfaz a la línea de señal sensible, causando la operación de error del sistema.

Los cables de señal diferencial deben estar en la misma capa, líneas iguales y paralelas para mantener constante la impedancia, no hay otra ruta entre las líneas diferenciales. Debido a que la impedancia de modo comodo de la línea diferencial es igual, puede mejorar su capacidad antiinterferente.
De acuerdo con las reglas de cableado anteriores, el circuito de placa de circuito impreso típico del regulador de aire se mejora y optimiza, como se muestra en la siguiente figura:

En general, la mejora de la EMC El diseño del diseño de PCB es: antes del cableado, estudie el esquema de diseño de la ruta de retorno, existe la mejor oportunidad para el éxito, que puede lograr el objetivo de reducir la radiación EMI. Y antes del cableado real, cambiando la capa de cableado, etc., no tiene que gastar dinero, es el enfoque más barato para mejorar EMC.

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