Как устранить помехи при проектировании печатных плат

С постоянным развитием информационных технологий электронные продукты становятся все более сложными с точки зрения их функций, категорий и структур, что ведет к проектированию печатных плат в направлении многослойности и высокой плотности. В результате большое внимание должно быть уделено ЭМС (электромагнитной совместимости) конструкции печатной платы, поскольку конструкция ЭМС печатной платы не только обеспечивает нормальную и стабильную работу всех цепей на плате, чтобы они не мешали друг другу, но и также эффективно снижает передачу излучения и кондуктивное излучение печатных плат, чтобы предотвратить воздействие на схемы внешнего излучения и проводимости. Помехи — главный враг ЭМС. Но, инженеры, начиная с этой статьи, вы должны перестать беспокоиться.

Классификация помех от печатных плат

Помехи от печатных плат можно разделить на три категории:
1). Помехи компоновки относятся к помехам, вызванным неподходящим размещением компонентов на печатной плате.
2). Помехи суммирования относятся к шумовым помехам, вызванным ненаучными настройками.
3). Под маршрутными помехами понимаются помехи, вызванные неправильной установкой расстояния между сигнальными линиями печатной платы, линиями электропередач и линиями заземления, шириной линии или ненаучным методом трассировки печатной платы.

С точки зрения классификации помех от печатных плат, некоторые меры по подавлению могут быть приняты, соответственно, с точки зрения правил компоновки, стратегии укладки и правил маршрутизации с уменьшением или даже устранением влияния в результате помех от печатных плат, чтобы обеспечить совместимость со стандартом проектирования ЭМС.

Соответствующие меры по подавлению помех от печатных плат на основе их классификации

• Меры по подавлению помех макета

Привилегия предотвратить вмешательство в компоновку заключается в разумной компоновке печатной платы, которая должна соответствовать следующим шести правилам:

1). Положение цепи каждого функционального модуля должно быть разумно установлено в соответствии с текущим местоположением сигнала, а их направления должны быть максимально одинаковыми.

2). Основной компонент в схеме модуля должен быть установлен в центре, а провода между компонентами должны быть максимально укорочены, особенно высокочастотные компоненты.

3). Интеграция между термочувствительными элементами и чипами должна осуществляться вдали от нагревательных элементов.

4). Положение разъема должно определяться в соответствии с расположением компонентов на плате. Разъемы должны быть размещены на одной стороне печатной платы, чтобы предотвратить вывод кабелей с двух сторон и уменьшить излучение синфазного тока (CM).

5). Драйвер ввода-вывода должен находиться вплотную к разъему, чтобы предотвратить маршрутизацию сигналов ввода-вывода на большом расстоянии на плате.

6). Термочувствительные элементы не должны располагаться слишком близко друг к другу, а входные и выходные компоненты также должны быть удалены от них.

• Меры по подавлению суммирующих помех

Во-первых, информация о конструкции печатной платы должна быть освоена с учетом всесторонних элементов, включая плотность сигнальных линий, мощность и классификацию заземления, чтобы определить мощность и количество слоев, обеспечивающих реализацию функции схемы. Качество стратегии стекирования существенно коррелирует с переходным напряжением заземления или силового слоя и электромагнитным экраном питания и сигналов. Основываясь на практическом опыте проектирования укладки, проектирование укладки должно соответствовать следующим правилам:
1). Плоскость заземления и плоскость питания должны прилегать друг к другу, а расстояние между ними должно быть как можно меньше.
2). Сигнальная плоскость должна быть плотно прилегает к плоскости заземления или плоскости питания. Подойдет как один слой, так и несколько слоев.

В процессе проектирования однослойной или двухслойной печатной платы линии электропередач и сигнальные линии должны быть тщательно спроектированы. Для уменьшения площади контура силового тока линии заземления и линии электропередач должны быть плотно прилегают друг к другу и должны поддерживаться взаимно параллельными. Для однослойных печатных плат линии защитного заземления должны располагаться по обеим сторонам важных сигнальных линий. С одной стороны, он направлен на уменьшение площади петли сигналов. С другой стороны, можно избежать перекрестных помех между сигнальными линиями.

Для двухслойных печатных плат также могут быть установлены линии защитного заземления или реализовано массовое заземление на плоскости изображения значимых сигналов. Хотя изготовление печатных плат и отладка сборки просты и удобны, прямое моделирование сложных печатных плат, таких как цифровая схема и цифро-аналоговая схема, неприемлемо, поскольку излучение будет увеличиваться с увеличением площади контура без опорной плоскости.

Если стоимость достаточна, предлагаются многослойные печатные платы. В процессе проектирования многослойных печатных плат необходимо соблюдать три правила:
1). Для значимых сигнальных линий, таких как шины или линии синхронизации с сильным излучением и линии с высокой чувствительностью, маршрутизация должна быть реализована между двумя заземляющими слоями или в сигнальном слое, который плотно прилегает к заземляющему слою, что выгодно для уменьшения площади сигнального контура. снижение интенсивности излучения и усиление защиты от помех.
2). Необходимо обеспечить эффективный контроль краевого излучения. По сравнению с соседней заземляющей плоскостью, силовая плоскость должна быть уменьшена на 5-20H (H относится к толщине диэлектрика).
3).. Если между нижним и верхним слоями существуют высокочастотные сигнальные линии, их следует расположить между верхним слоем и плоскостью земли, чтобы исключить излучение высокочастотных сигнальных линий в космос.

• Меры по подавлению маршрутизирующих помех

Чтобы запретить помехи, необходимо соблюдать следующие правила маршрутизации:
1). Выводы на выходной клемме и входной клемме не должны быть параллельны на большом расстоянии. Параллельные перекрестные помехи можно уменьшить, добавив линии заземления или увеличив расстояние между линиями.
2). Ширина маршрута никогда не может быть изменена внезапно. Угол должен быть дуговым или с углом 135°.
3). Внешнее излучение токоведущего контура увеличивается (уменьшается) с увеличением (уменьшением) площади контура, тока и частоты сигнала, поэтому при протекании тока необходимо уменьшать площадь выводного контура.
4). Длина выводов должна быть уменьшена, а ширина увеличена, чтобы уменьшить импеданс выводов.
5). Чтобы свести к минимуму шумовую связь и перекрестные помехи между соседними линиями, выполните обработку изоляции между линиями, чтобы обеспечить изоляцию маршрутизации.
6). Сигнал ключа изоляции шунта должен быть установлен, а сигналы ключа защищены защитными цепями.

Кроме того, при прокладке сигнальных линий, линий электропередач и линий заземления соблюдайте правила прокладки в соответствии с их характеристиками и функциями:
a. Линии общего заземления должны быть расположены на краю печатной платы в виде сетки или петли; линии заземления должны быть максимально толстыми, а медной фольги должно быть больше, чтобы усилить экранирующий эффект; аналоговое заземление должно быть изолировано от цифрового заземления, а одноточечное параллельное соединение должно применяться в низкочастотном заземлении аналогового заземления. Многоточечное последовательное соединение должно применяться в высокочастотной земле. На практике последовательное соединение можно комбинировать с параллельным соединением.
b. Ширина линий электропередач должна быть по возможности увеличена, а сопротивление шлейфа должно быть уменьшено, чтобы обеспечить синхронизацию между направлением линий заземления и линий электропередач и направлением передачи данных. Для многослойных печатных плат расстояние между линиями питания и плоскостью заземления или плоскостью питания должно быть уменьшено. Питание должно подаваться к каждому функциональному блоку независимо, а цепи с питанием от сети общего пользования должны быть близки и совместимы друг с другом.
c. Сигнальные линии должны быть как можно короче, чтобы обеспечить уменьшение пути передачи сигнала помех. В первую очередь должны прокладываться сигнальные линии часов и чувствительные сигнальные линии, затем высокоскоростные сигнальные линии и, наконец, неосновные сигнальные линии. Если сигнальные линии несовместимы друг с другом, должна быть реализована обработка изоляции, чтобы остановить возникновение помех связи. Маршрутизация основного сигнала не может превышать область разделения или даже пространство опорной плоскости, вызванное контактной площадкой и сквозным отверстием. В противном случае площадь контура сигнала будет увеличена. Между тем, чтобы предотвратить краевое излучение, расстояние между сигнальными линиями клавиш и базовой плоскостью не может быть меньше 3H (H означает высоту между сигнальными линиями клавиш и базовой плоскостью).

Единственное, чего нам следует бояться, — это самого страха. Для инженеров-электронщиков в процессе проектирования печатных плат помехи всегда подводят. Однако, если мы знаем, откуда берутся помехи, и принимаем эффективные меры, помехи определенно будут уменьшаться при полной реализации производительности печатной платы.

Полезные ресурсы:
• Методы повышения помехозащищенности при проектировании печатных плат
• Анализ стратегий защиты от помех и заземления печатных плат
• Непременно пропустите рекомендации по компоновке печатных плат, удобные для инженеров
• Полнофункциональная услуга по изготовлению печатных плат от PCBCart — множество дополнительных опций
• Расширенная услуга по сборке печатных плат от PCBCart — от 1 шт.