Улучшение проектирования печатных плат: проверенные стратегии повышения антипомеховой устойчивости

Быстрое развитие электронной технологий способствует высокой плотности электронных компонентов, что побуждает проектировщиков печатных плат повышать антипомеховую способность. В процессе проектирования печатных плат дизайнеры должны соответствовать общим принципам проектирования печатных плат и требованиям антипомеховой устойчивости. Антипомеховая способность в проектировании печатных плат имеет прямое отношение к валидности и стабильности электронных продуктов, даже рассматривается как ключевой пункт дизайна. Когда требование антипомеховой устойчивости принимается во полное внимание в процедуре дизайна, время также будет сэкономлено, так как антипомеховые корректирующие меры не нужно будет предпринимать после.

Источник генерации помех в печатных платах

Источник генерации помех в печатных платах исходит из следующих элементов:

1. Источник помех — компоненты, устройства или сигналы, генерирующие помехи, такие как реле, тиристоры, электрические машины и высокочастотные тактовые генераторы.
2. Чувствительные компоненты — объекты, легко подверженные воздействию, такие как АЦП/ЦАП, однокристальные микрокомпьютеры (SCM), цифровые ИС и т.д.
3. Путь передачи — путь или среда, через которую помехи передаются от источника к чувствительным компонентам. Согласно пути передачи помех, помехи можно классифицировать на две категории: проводимые помехи и излучаемые помехи. Первые относятся к помехам, передаваемым через выводы к чувствительным компонентам. Поскольку полоса частот полезных сигналов отличается, передача высокочастотных помех может быть подавлена добавлением фильтров на выводах, а иногда добавление изолирующих оптопар тоже работает. Излучаемые помехи относятся к помехам, передаваемым к чувствительным компонентам через пространство. Общее решение — увеличить расстояние между источником помех и чувствительными компонентами или изолировать их через заземляющие провода.

Принципы антипомеховой устойчивости в проектировании печатных плат

Общие принципы антипомеховой устойчивости должны включать подавление источника помех, пресечение пути передачи помех и увеличение антипомеховой способности чувствительных компонентов. Конкретные меры каждого принципа будут показаны в следующем содержании:

Подавление источника помех

1. Для реле можно предпринять две меры для подавления источника помех.
   1. Диод обратного хода можно добавить к катушке реле для устранения генерируемых помех обратной ЭДС при выключении катушки.
   2. Гасительная цепь искры может быть подключена к выводам реле параллельно для снижения помех искры.
2. Для электрических машин можно добавить фильтрующую цепь. Обратите внимание, что выводы конденсатора и индуктивности должны быть максимально короткими.
3. Для тиристоров RC-помехоустраняющая цепь может быть подключена к выводам тиристора для снижения шума, генерируемого тиристором.
4. Высокочастотный конденсатор в диапазоне от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ должен быть подключен к каждому ИС на плате для снижения помех, генерируемых ИС к питанию. Обратите внимание, что в плане трассировки высокочастотного конденсатора провода должны быть близки к питанию и быть короткими и толстыми. Иначе эквивалентное последовательное сопротивление увеличится с влиянием на фильтрующий эффект.

Пресечение пути передачи помех

Конкретно, обычные меры пресечения пути передачи помех включают:

1. Влияние питания на SCM должно быть принято во полное внимание. Многие SCM довольно чувствительны к шуму питания, и фильтрующая цепь или стабилизатор напряжения должны быть добавлены к питанию SCM для снижения помех от шума питания к SCM.
2. Если I/O-порты в SCM используются для управления шумовыми компонентами, изоляция (Π-образный фильтр) должна быть добавлена между I/O-портами и источником шума.
3. Трассировка кварцевого генератора должна быть замечена. Кварцевый генератор должен быть близко к выводам SCM с заземляющим проводом, изолирующим тактовую зону. Корпус кварцевого генератора соединен с заземлением и стабилизирован.
4. Плата должна иметь разумное разделение на основе сильных или слабых сигналов, цифровых или аналоговых сигналов. Источник помех, такой как электрическая машина или реле, должен быть изолирован от чувствительных компонентов, таких как SCM.
5. Заземляющие провода должны использоваться для изоляции цифровой зоны от аналоговой, цифрового заземления от аналогового заземления, которое будет соединено с питанием заземления на одном конце. Этот принцип также подходит для трассировки чипов АЦП и ЦАП.
6. Заземляющие провода SCM и высокомощных компонентов должны быть соединены с заземлением независимо для снижения взаимных помех. Кроме того, высокомощные компоненты должны быть размещены на краю платы.
7. Антипомеховые компоненты, такие как ферритовые бусины, ферритовые трубки, сетевые фильтры и экранирующие корпуса, используются на некоторых ключевых местах платы, таких как I/O-порты SCM, провода питания и соединительные линии печатных плат, чтобы резко увеличить антипомеховую способность схемы.

Увеличение антипомеховой способности чувствительных компонентов

Это относится к мерам, при которых подхват помехового шума должен быть снижен от чувствительных компонентов и быстрое восстановление от аварийных условий. Обычные меры увеличения антипомеховой способности чувствительных компонентов включают:

1. Площадь цепи контура должна быть увеличена при трассировке для снижения индуцированного шума.
2. При трассировке и линия питания, и заземляющий провод должны быть максимально толстыми, что способно снизить падение напряжения и развязать шум.
3. Свободные I/O-порты на SCM должны быть соединены с заземлением или питанием, и так должно быть с другими свободными портами ИС без изменения системной логики.
4. Монитор питания и схема сторожевого таймера должны использоваться на SCM, чтобы антипомеховая способность всей схемы могла быть резко увеличена.
5. ИС-компоненты должны быть непосредственно припаяны на плату вместо гнезд ИС.
6. Поскольку текущая скорость может удовлетворять требованиям, кварцевый генератор SCM должен быть снижен, и должна быть выбрана низкоскоростная цифровая схема.

Нужна дополнительная информация об антипомеховом проектировании и производстве печатных плат? Наши инженерамы всего в одном электронном письме.

Полезные ресурсы

• Анализ антипомеховых и заземляющих стратегий для печатных плат
• Как победить помехи в проектировании печатных плат
• Получите мгновенный расчет стоимости вашего кастомного проекта производства печатных плат