Cómo vencer las interferencias en el diseño de PCB

Con el desarrollo constante de la tecnología de la información, los productos electrónicos se vuelven cada vez más complicados en términos de sus funciones, categorías y estructuras, lo que lleva al diseño de PCB hacia la dirección de múltiples capas y alta densidad. Como resultado, se debe prestar mucha atención a la EMC (Compatibilidad electromagnética) del diseño de la placa de circuito impreso, ya que el diseño de la placa de circuito impreso EMC no solo garantiza el funcionamiento normal y estable de todos los circuitos a bordo para que no interfieran entre sí, sino que también reduce de manera efectiva la transmisión de radiación y la emisión conducida de PCB para evitar que la radiación y la conducción externas interfieran en los circuitos. La interferencia es el principal enemigo de EMC. Pero, ingenieros, deben dejar de preocuparse a partir de este artículo.

Clasificación de la interferencia de PCB

La interferencia de PCB se puede clasificar en tres categorías:
1). La interferencia de diseño se refiere a la interferencia causada por la colocación inadecuada de componentes en la placa de circuito impreso.
2). La interferencia de apilamiento se refiere a la interferencia de ruido causada por una configuración no científica.
3). La interferencia de enrutamiento se refiere a la interferencia causada por una configuración incorrecta de la distancia entre las líneas de señal de PCB, las líneas eléctricas y las líneas de conexión a tierra, el ancho de línea o el método de enrutamiento de PCB no científico.

En términos de clasificación de interferencia de PCB, se pueden tomar algunas medidas de supresión respectivamente desde la perspectiva de las reglas de diseño, la estrategia de apilamiento y las reglas de enrutamiento con influencia como resultado de la reducción o incluso eliminación de la interferencia de PCB para garantizar la compatibilidad con el estándar de diseño EMC.

Medidas de supresión correspondientes a la interferencia de PCB según su clasificación

• Medidas de supresión de interferencias en el diseño

El privilegio de detener la interferencia del diseño radica en un diseño de PCB razonable que debe cumplir con las siguientes seis reglas:

1). La posición del circuito de cada módulo de función debe establecerse razonablemente de acuerdo con la ubicación de la señal actual y sus direcciones de flujo deben mantenerse iguales tanto como sea posible.

2). El componente central en el circuito del módulo debe establecerse en el centro y los cables deben acortarse tanto como sea posible entre los componentes, especialmente los componentes de alta frecuencia.

3). La integración entre elementos termosensibles y chips debe realizarse lejos de los elementos calefactores.

4). La posición del conector debe determinarse de acuerdo con las posiciones de los componentes a bordo. Los conectores deben colocarse en un lado de la placa de circuito impreso para evitar que los cables salgan por los dos lados y para disminuir la radiación de corriente de modo común (CM).

5). El controlador de E/S debe estar bien cerca del conector para detener el enrutamiento de larga distancia de las señales de E/S en la placa.

6). Los elementos termosensibles no deben colocarse demasiado cerca unos de otros y los componentes de entrada y salida también deben estar lejos de ellos.

• Medidas de supresión de interferencias de apilamiento

En primer lugar, la información de diseño de la placa de circuito impreso debe dominarse teniendo en cuenta los elementos completos, incluida la densidad de la línea de señal, la potencia y la clasificación de conexión a tierra para determinar la potencia y el número de capas que garantizan la implementación de la función del circuito. La calidad de la estrategia de apilamiento se correlaciona esencialmente con el voltaje transitorio del plano de tierra o el plano de potencia y el escudo electromagnético de potencia y señales. Basado en la experiencia práctica de diseño de apilamiento, el diseño de apilamiento debe cumplir con las siguientes reglas:
1). El plano de tierra y el plano de potencia deben estar adyacentes entre sí y la distancia entre ellos debe ser lo más pequeña posible.
2). El plano de señal debe estar muy cerca del plano de tierra o del plano de potencia. Ya sea una sola capa o varias capas está bien.

En el proceso de diseño de PCB de una o dos capas, las líneas eléctricas y las líneas de señal deben diseñarse cuidadosamente. Para reducir el área del bucle de la corriente eléctrica, las líneas de puesta a tierra y las líneas eléctricas deben estar muy cerca unas de otras y deben mantenerse paralelas entre sí. Para las placas de circuito impreso de una sola capa, las líneas de conexión a tierra de protección deben colocarse a ambos lados de las líneas de señal importantes. Por un lado, pretende reducir el área de bucle de las señales. Por otro lado, se puede evitar la diafonía entre líneas de señal.

Para PCB de doble capa, también se pueden establecer líneas de puesta a tierra protectoras o se implementa una puesta a tierra de área masiva en el plano de la imagen de las señales significativas. Aunque la fabricación de PCB y la depuración del ensamblaje son simples y convenientes, no es aceptable simular directamente PCB complicados, como circuitos digitales y circuitos analógicos digitales, porque la radiación aumentará con el aumento del área del bucle sin plano de referencia.

Se sugieren PCB multicapa si el costo es suficiente. Se deben seguir tres reglas en el proceso de diseño de PCB multicapa:
1). Para líneas de señal significativas, como líneas de bus o reloj con fuerte radiación y líneas con alta sensibilidad, el enrutamiento debe implementarse entre dos planos de tierra o en el plano de señal que está muy cerca del plano de tierra, lo que es beneficioso para la reducción del área del bucle de señal. reducción de la intensidad de la radiación y fortalecimiento antiinterferente.
2). Se debe garantizar que la radiación de borde esté bajo un control efectivo. En comparación con el plano de tierra adyacente, el plano de potencia debe reducirse internamente entre 5 y 20 H (H se refiere al grosor del dieléctrico).
3). Si existen líneas de señal de alta frecuencia entre la capa inferior y la capa superior, deben organizarse entre la capa superior y el plano de tierra para prohibir la radiación de líneas de señal de alta frecuencia al espacio.

• Medidas de supresión de interferencias de enrutamiento

Para prohibir la interferencia, se deben obedecer las siguientes reglas en términos de enrutamiento:
1). Los conductores en el terminal de salida y el terminal de entrada deben evitar estar paralelos durante una gran distancia. La diafonía paralela se puede reducir agregando líneas de puesta a tierra o aumentando la distancia entre líneas.
2). El ancho de enrutamiento nunca se puede cambiar repentinamente. La esquina debe ser de arco o con un grado de ángel de 135°.
3). La radiación externa del bucle que transporta corriente aumenta (disminuye) con el aumento (disminución) del área del bucle, la corriente y la frecuencia de la señal, por lo que es necesario reducir el área del bucle del conductor cuando fluye la corriente.
4). La longitud del cable debe reducirse mientras que el ancho debe aumentarse para disminuir la impedancia de los cables.
5). Para minimizar el acoplamiento de ruido y la diafonía entre líneas adyacentes, realice un procesamiento de aislamiento entre líneas para garantizar el aislamiento del enrutamiento.
6). La señal de tecla de aislamiento de derivación debe configurarse y las señales de tecla están protegidas por circuitos de protección.

Además, al enrutar líneas de señal, líneas eléctricas y líneas de puesta a tierra, siga las reglas de enrutamiento de acuerdo con sus propias características y funciones:
a. Las líneas públicas de puesta a tierra deben colocarse en el borde de la placa de circuito impreso con un patrón de malla o bucle; las líneas de conexión a tierra deben ser lo más gruesas posible y se debe aplicar más lámina de cobre para fortalecer el efecto de protección; la conexión a tierra analógica debe aislarse con conexión a tierra digital y la conexión paralela de un solo punto debe aplicarse en la conexión a tierra de baja frecuencia de la conexión a tierra analógica. La conexión en serie multipunto debe aplicarse en tierra de alta frecuencia. En el enrutamiento práctico, la conexión en serie se puede combinar con la conexión en paralelo.
b. El ancho de las líneas eléctricas debe aumentarse siempre que sea posible y la resistencia del bucle debe reducirse para garantizar la sincronización entre la dirección de las líneas de tierra y las líneas eléctricas y la transmisión de datos. Para PCB multicapa, se debe reducir la distancia entre las líneas eléctricas y el plano de tierra o el plano de alimentación. La energía debe suministrarse a cada unidad de función de forma independiente y los circuitos con energía suministrada por energía pública deben ser cercanos y compatibles entre sí.
c. Las líneas de señal deben ser lo más cortas posible para garantizar la reducción de la ruta de acoplamiento de la señal de interferencia. Las líneas de señal de reloj y las líneas de señal sensibles deben enrutarse primero, luego vienen las líneas de señal de alta velocidad y finalmente vienen las líneas de señal insignificantes. Si las líneas de señal no son compatibles entre sí, se debe implementar el procesamiento de aislamiento para detener la generación de interferencia de acoplamiento. El enrutamiento de la señal clave no puede superar el área de separación o incluso el espacio del plano de referencia causado por la almohadilla y la vía del orificio pasante. De lo contrario, el área del bucle de señal aumentará. Mientras tanto, para prohibir la radiación de borde, la distancia entre las líneas de señal clave y el plano de referencia no puede ser inferior a 3H (H se refiere a la altura entre las líneas de señal clave y el plano de referencia).

Lo único que tenemos que temer es el miedo mismo. Para los ingenieros electrónicos, en el proceso de diseño de PCB, tal vez la interferencia siempre los decepcione. Sin embargo, siempre que sepamos de dónde se deriva la interferencia y tomemos medidas efectivas, la interferencia definitivamente se reducirá con el rendimiento completo de PCB.

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