A importância da placa PCB no projeto EMC

Além da seleção e design do circuito dos componentes, um bom design da placa de circuito de impressão (PCB) também é um fator muito importante na compatibilidade eletromagnética. A chave para o design de PCB em EMC é reduzir a área de retorno o máximo possível e deixar o caminho de retorno fluir na direção do projeto. A corrente de retorno mais comum vem das rachaduras do plano de referência, da transformação da camada do plano de referência e do sinal que flui através do conector. O choque de capacitores ou desacoplamento de recipientes elétricos pode resolver alguns problemas, mas é necessário considerar a impedância geral dos capacitores, perfurados, pads e fiação.

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Estratégia em camadas de PCB
A espessura da espessura, o processo perfurado e o número de camadas da placa de circuito no projeto da placa de circuito não são a chave para resolver o problema. A excelente pilha em camadas é o bypass e o desacoplamento do fluxo da fonte de alimentação. A chave para bloquear o campo eletromagnético do sinal e fonte de alimentação. Do ponto de vista da linha de sinal, uma boa estratégia em camadas deve ser colocar toda a fiação de sinal em uma ou várias camadas, essas camadas estão próximas à camada de energia ou camada de solo. Para a fonte de alimentação, uma boa estratégia em camadas deve ser adjacente à camada de energia e à camada de solo, e a distância entre a camada de energia e a camada de solo é a menor possível. Isso é o que chamamos de estratégia “em camadas”. Abaixo falaremos sobre excelentes estratégias de estratificação de PCB.

1. O plano de projeção da camada de fiação deve estar em sua área de plano de retorno. Se a camada de fiação não estiver na área de projeção de sua camada de plano de retorno, haverá linhas de sinal fora da área de projeção durante a fiação, o que causará o problema de “radiação de borda” e também causará a Essência da área de loop de sinal
2. Tente evitar configurações adjacentes da camada de fiação. Como a linha de sinal paralela na camada de fiação adjacente causará strings de sinal, se a camada de fiação não for adjacente, a distância entre a camada entre as duas camadas de fiação deve ser puxada adequadamente para reduzir o espaçamento da camada entre a camada de fiação e seu sinal laço.
3. A camada do plano adjacente deve evitar a sobreposição do plano de projeção. Porque quando a projeção se sobrepõe, a capacitância de acoplamento entre as camadas fará com que o ruído entre as camadas se acople.

Design de placa de várias camadas:
Quando a frequência do clock excede 5MHz, ou o tempo de subida do sinal é menor que 5ns, a fim de fazer com que a área do loop de sinal seja bem controlada, geralmente é necessário um projeto de placa multicamada. Preste atenção aos seguintes princípios ao projetar uma placa multicamadas:
1. As principais camadas de fiação (linhas de relógio, barramento, linha de sinal de interface, cabo de radiofrequência, linha de sinal de reset, linha de sinal de chip e vários cabos de sinal de controle, etc.) devem estar adjacentes ao plano de aterramento completo. A linha de sinal é geralmente uma linha de sinal com forte radiação ou extremamente sensível. Perto da fiação da superfície do solo pode reduzir sua área de loop de sinal, reduzir sua intensidade de radiação ou melhorar a capacidade anti-interferência.
2. O plano da fonte de alimentação deve ser comparado com a contração interna do seu plano adjacente (o valor recomendado é de 5h a 20h). Comparado com o encolhimento da superfície do solo de refluxo, o plano de energia pode efetivamente inibir o problema de “radiação de borda”, conforme mostrado na figura abaixo.

Além disso, o plano de alimentação de trabalho do proprietário da placa única (o plano de fonte de alimentação mais amplamente utilizado) deve estar adjacente ao seu plano de aterramento para reduzir efetivamente a área do circuito da corrente de energia.

3. Se as camadas TOP e BOTTOM da placa única não têm linhas de sinal ≥50MHz. Nesse caso, é melhor levar o sinal de alta frequência entre as duas camadas planas para inibir sua radiação do espaço.
Design de placa de camada única e placa de camada dupla:
Para o design de placas de camada única e dupla, o design das principais linhas de sinal e cabos de alimentação deve ser pago principalmente. Deve haver uma linha de aterramento perto da linha de alimentação para reduzir a área do circuito de corrente de alimentação.

Os dois lados da linha de sinal principal da placa de camada única devem ser “Guide Group Line”, conforme mostrado na Figura abaixo. Deve haver um pavimento de grande área no plano de projeção da linha de sinal principal da placa de camada dupla, ou o mesmo método de processamento de placa de camada, e a “Linha de grupo guia” deve ser projetada, conforme mostrado na figura. Por um lado, em ambos os lados da linha de sinal principal, a área de sinal pode ser reduzida por um lado. Além disso, também pode evitar distúrbios de string entre a linha de sinal e outros cabos de sinal.

Para o design de placas de camada única e dupla, o design das principais linhas de sinal e cabos de alimentação deve ser pago principalmente. Deve haver uma linha de aterramento perto da linha de alimentação para reduzir a área do circuito de corrente de alimentação.

Os dois lados da linha de sinal principal da placa de camada única devem ser “Guide Group Line”, conforme mostrado na Figura abaixo. Deve haver um pavimento de grande área no plano de projeção da linha de sinal principal da placa de camada dupla, ou o mesmo método de processamento de placa de camada, e a “Linha de grupo guia” deve ser projetada, conforme mostrado na figura. Por um lado, em ambos os lados da linha de sinal principal, a área de sinal pode ser reduzida por um lado. Além disso, também pode evitar distúrbios de string entre a linha de sinal e outros cabos de sinal.

Nota: A linha vermelha é a linha de sinal principal e a linha azul é a linha de terra

Habilidades de layout de PCB
Ao projetar o layout do PCB, os princípios de design das linhas retas ao longo do fluxo de sinal para a linha reta devem ser totalmente cercados o máximo possível. Isso pode evitar o acoplamento direto do sinal e afetar a qualidade do sinal. Além disso, para evitar interferência e acoplamento entre o circuito e os componentes eletrônicos, a colocação do circuito e a disposição do componente devem ser seguidas da seguinte forma:
1. Se a interface estiver “limpa” na placa única, o filtro e o dispositivo de isolamento devem ser colocados na faixa de isolamento entre o “limpo” e o local de trabalho. Isso pode evitar dispositivos de filtragem ou isolamento acoplados entre si através da camada plana para enfraquecer o efeito. Além disso, na “terra limpa”, nenhum outro dispositivo pode ser colocado, exceto dispositivos de filtragem e proteção.

2. Quando uma variedade de circuitos de módulo são colocados no mesmo PCB, circuitos digitais e circuitos de simulação, circuitos de alta e baixa velocidade devem ser separados para evitar interferência entre circuitos digitais, circuitos analógicos, circuitos de alta velocidade e baixa - circuitos de velocidade. Além disso, quando houver circuitos de alta, média e baixa velocidade na placa de circuito ao mesmo tempo, para evitar que o ruído do circuito de alta frequência irradie pela interface, os princípios de layout na figura abaixo devem ser seguidos.

3. O circuito do filtro na porta de entrada da placa de linha deve ser colocado próximo à interface para evitar que seja acoplado novamente pela linha do filtro.

4. Os dispositivos de filtragem, proteção e isolamento do circuito de interface estão próximos ao posicionamento da interface. Conforme mostrado na figura abaixo, o efeito de proteção, filtragem e isolamento pode ser alcançado de forma eficaz. Se houver filtragem e circuito de proteção na interface, os princípios de primeira proteção e depois filtragem devem ser seguidos. Como o circuito de proteção é usado para executar a supressão de sobretensão e sobrecorrente externa, se o circuito de proteção for colocado após o circuito do filtro, o circuito do filtro será danificado por sobrepressão e sobrecorrente. Além disso, porque a fiação de entrada e saída do circuito enfraquecerá o efeito de filtragem, isolamento ou proteção quando o circuito for acoplado entre si. Quando o layout, o circuito do filtro (filtro), a isolação e o cabo de entrada e saída do circuito de proteção não devem ser acoplados.

5. Circuitos ou dispositivos sensíveis (como circuitos de reinicialização, etc.) estão longe das bordas da placa única, especialmente da borda da interface do verniz, pelo menos 1000mil.

6. Um circuito ou dispositivo de unidade com grandes mudanças de corrente (como a extremidade de entrada e saída do módulo de energia, ventilador e relé) deve ser colocado próximo para reduzir a área de loop do grande circuito de corrente.

7. O dispositivo de filtro precisa ser descarregado em paralelo para evitar que o circuito após a filtragem seja perturbado novamente.

8. Stry, cristal, relé, comutação de energia e outros dispositivos de forte radiação estão a pelo menos 1000mil de distância do conector de interface folheado. Desta forma, a interferência pode ser irradiada diretamente para fora do cabo ou a corrente é acoplada à radiação externa.

Regras de fiação de PCB
Além da seleção e do projeto do circuito dos componentes, uma boa fiação da placa de circuito de impressão (PCB) também é um fator muito importante na compatibilidade eletromagnética. Como o PCB é o ingrediente inerente do sistema, a compatibilidade eletromagnética aprimorada na fiação do PCB não trará custos adicionais para a conclusão final do produto. Qualquer um deve se lembrar que uma fiação de PCB ruim pode causar mais problemas de compatibilidade eletromagnética, em vez de eliminar esses problemas. Em muitos exemplos, mesmo que o filtro e os componentes sejam adicionados, esses problemas não podem ser resolvidos. No final, ele teve que religar toda a placa. Portanto, desenvolver um bom hábito de fiação de PCB no início é o método mais econômico. A seguir, serão apresentadas algumas regras universais de fiação de PCB e as estratégias de projeto de cabos de alimentação, cabos de aterramento e cabos de sinal. Finalmente, de acordo com essas regras, medidas de melhoria para os circuitos típicos da placa de circuito impresso do regulador de ar.

1. Separação da fiação
A função da fiação é minimizar os espetos e o acoplamento de ruído entre as linhas adjacentes na mesma camada de PCB. A especificação 3W indica que todos os sinais (relógios, vídeos, áudio, reset, etc.) devem ser isolados entre linha e linha, bordas, bordas a bordas conforme mostrado na Figura 10. Para reduzir ainda mais o acoplamento magnético, o benchmark é distribuído perto do sinal principal para isolar o ruído de acoplamento gerado nas outras linhas de sinal.

2. Linha de proteção e desvio
Definir linhas de desvio e proteção é um método muito eficaz para isolamento e proteção de um sinal de relógio do sistema em um sistema cheio de ruído. Na figura abaixo, as linhas paralelas ou de proteção no PCB são distribuídas ao longo da linha do sinal chave. A linha de proteção não apenas isola o fluxo magnético de acoplamento gerado por outras linhas de sinal, mas também isola o acoplamento de outras linhas de sinal do acoplamento de outras linhas de sinal. A diferença entre a linha de desvio e a linha de proteção é que a linha de desvio não precisa ser conectada (conectada ao solo), mas ambas as extremidades da linha de proteção devem ser conectadas ao solo. A fim de reduzir ainda mais o acoplamento, as linhas de proteção no PCB de várias camadas podem ser adicionadas ao solo a cada duas seções.

3. Design do cabo de alimentação
Dependendo do tamanho da placa de linha, a largura da linha de energia é aumentada o máximo possível para reduzir a resistência do circuito. Ao mesmo tempo, a direção do cabo de alimentação e da linha de aterramento é consistente com a direção da transmissão de dados, o que ajuda a aumentar a capacidade de resistir ao ruído. Em painel simples ou painel duplo, se o cabo de alimentação tiver um longo caminho, o capacitor de acoplamento deve ser adicionado ao terra a cada 3000mil, e o valor da capacitância é 10UF + 1000PF.

4. Projeto de solo
O princípio do projeto da linha de solo é:
(1) Digitalmente separado da simulação. Se houver circuitos lógicos e circuitos com fio na placa de linha, eles devem ser separados o máximo possível. O terra do circuito de baixa frequência deve ser usado como um único ponto e conectando o terra. Quando a fiação real é difícil, ela pode ser parcialmente conectada em série antes de conectar o aterramento. O circuito de alta frequência deve adotar um aterramento de conexão multiponto, a linha de aterramento deve ser curta e alugada, e os elementos de alta frequência devem ser usados ​​como uma grande área da folha de piso tipo grade, tanto quanto possível.
(2) A linha de aterramento deve ser o mais espessa possível. Se o fio de aterramento for usado com linhas muito gradeadas, o potencial de aterramento mudará com as mudanças na corrente para reduzir o desempenho anti-ruído. Portanto, a linha de aterramento deve ser mais grossa para que possa suportar três vezes a corrente permitida na placa impressa. Se possível, a linha de terra deve estar acima de 2 ~ 3mm.
(3) A linha de terra constitui um circuito fechado. A placa impressa composta por circuitos digitais pode melhorar principalmente a capacidade anti-ruído.

5. Projeto do cabo de sinal
Para cabos de sinal de chave, se a placa única tiver uma camada de roteamento de sinal interno, as linhas de sinal de chave, como relógios, são de tecido na camada interna e as camadas de fiação preferidas são preferidas. Além disso, a linha de sinal principal não deve ser capaz de se mover pela área de divisão, incluindo a lacuna do plano de referência causada por perfurações e almofadas, caso contrário, fará com que a área do loop de sinal aumente. Além disso, a linha de sinal principal deve ser da borda do plano de referência ≥ 3H (H é a altura do plano de referência da distância da linha) para inibir o efeito de radiação da borda.

Para cabos de sinal sensíveis, como linhas de relógio, barramento e cabos de radiofrequência e cabos de sinal de reinicialização, linhas de sinal de chip, sinais de controle do sistema e outros cabos de sinal sensíveis, a linha de sinal deve ficar longe da interface. Portanto, evite o acoplamento de interferência na linha de sinal de radiação forte para a linha sem sinal e irradie para fora; evite o acoplamento de interferência externa de interferência estrangeira trazida na interface para a linha de sinal sensível, causando erro de operação do sistema.

Para sinais diferenciais, os cabos devem estar na mesma camada, linhas iguais e paralelas para manter a impedância consistente, não há outro roteamento entre as linhas diferenciais. Como a impedância do modo co da linha diferencial é igual, ela pode melhorar sua capacidade antiparasitária.
De acordo com as regras de fiação acima, o circuito típico da placa de circuito impresso do regulador de ar é melhorado e otimizado, conforme mostrado na figura abaixo:

Em geral, a melhoria do EMC projeto do projeto PCB é: Antes da fiação, estude o esquema de projeto do caminho de retorno, há a melhor oportunidade para o sucesso, que pode atingir o objetivo de reduzir a radiação EMI. E antes da fiação real, mudar a camada de fiação, etc., não precisa gastar dinheiro, é a abordagem mais barata para melhorar EMC.

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