Bei der nachhaltigen Entwicklung von IC‑ (integrierte Schaltung) Design und Fertigung spielt die Prominenz einiger Probleme wie Signalübertragungsverzögerung und Rauschen eine Rolle bei der Beeinflussung der Signalintegrität. Daher muss den Problemen im Prozess derPCB-Designund der Prozessablauf elektronischer Produkte, wie etwa Probeproduktion und Fertigungsschritte, muss überwacht werden. Außerdem sollte das PCB-Design verbessert werden, um diese hervorstechenden Probleme im traditionellen Designmodell zu lösen und die sinnvolle Anwendung der EMV‑Technologie (Elektromagnetische Verträglichkeit) zu realisieren. Dieser Artikel erörtert hauptsächlich die Anwendungsstrategien der EMV‑Technologie im PCB‑Design für elektronische Geräte.
EMV-Übersicht und Probleme
EMV bezeichnet eine Art von Fähigkeit, bei der Geräte oder Systeme in der Lage sind, normal zu arbeiten, ohne durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt zu werden, und keine elektromagnetischen Störungen in irgendeinem Teil der Schaltungsumgebung zu verursachen.
Beim EntwerfenLeiterplatteBei elektronischen Geräten tritt das Problem der Signalstörung in der Regel aufgrund der Vielfalt der Störquellen auf. Daher trägt während der Signalübertragung die EMV-Technologie mit Funktionen wie Isolation, Filterung, Abschirmung und Erdung dazu bei, das gesamte PCB-Designniveau zu verbessern.
Im Prozess der Anwendung der EMV-Technologie muss zur Steigerung der Gesamteffizienz die Qualität der Komponenten geprüft werden. Konkret müssen im Verlauf des Aufbaus eines EMV-Systems die von der EMV-Technologie betroffenen Komponenten hinsichtlich Spannungsfestigkeit und Kapazität durch experimentelle Verfahren getestet werden. Gleichzeitig ist im Verlauf der experimentellen Prüfung auf die Vollständigkeit der auftretenden Hauptprobleme sowie auf eine angemessene Behandlung im Prozess der Komponentenverwendung zu achten.
Im PCB-Design umfassen die wichtigsten EMV-Probleme Leitungsstörungen, Übersprechen und Strahlungsstörungen.
• Leitungsstörung
Leitungsgebundene Störungen beeinflussen andere Schaltungen durch Leitungsentkopplung und Gleichtaktimpedanz-Entkopplung. Zum Beispiel gelangt Rauschen über die Stromversorgung in ein System, dessen unterstützende Schaltungen von diesem Rauschen beeinflusst werden.
Abbildung 1 zeigt die Entkopplung von Störungen durch Gleichtaktimpedanz. Sowohl Schaltung 1 als auch Schaltung 2 erhalten die Versorgungsspannung und die Masseleitung über dieselbe Leitung. Wenn die Spannung einer der beiden Schaltungen plötzlich erhöht werden muss, verringert sich die Spannung der anderen Schaltung aufgrund der gemeinsamen Versorgung und der Impedanz zwischen den beiden Schleifen.
• Übersprechen-Störung
Übersprechen-Störungbezieht sich auf die Beeinflussung von einer Signalleitung auf eine benachbarte Signalleitung, die in der Regel auf der benachbarten Schaltung und dem Leiter auftritt und sich durch gegenseitige Kapazität und gegenseitige Impedanz zwischen Schaltung und Leiter auszeichnet. Zum Beispiel führt eine Streifenleitung auf einer Leiterplatte, auf der ein Signal mit niedrigem Pegel anliegt, bei parallelen Leitungen mit einer Länge von mehr als 10 cm zu Übersprechen. Da Übersprechen durch das elektrische Feld über die gegenseitige Kapazität und durch das magnetische Feld über die gegenseitige Impedanz hervorgerufen werden kann, besteht die vorrangige Aufgabe darin festzustellen, welche Entkopplung die Hauptrolle spielt: die Entkopplung des elektrischen Feldes (gegenseitige Kapazität) oder die des magnetischen Feldes (gegenseitige Impedanz). Das Produkt aus Quellimpedanz und Empfängerimpedanz kann als Referenz betrachtet werden, was von der Anordnung der Schaltungen und der Frequenz abhängt.
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Produkt
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Hauptentkopplung
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| <3002 |
Magnetfeld |
| >10002 |
Elektrizitätsfeld |
| >3002, <10002 |
Magnetfeld oder elektrisches Feld |
• Strahlungsstörung
Strahlungsstörung bezeichnet die Störung, die durch die von freien elektromagnetischen Wellen abgegebene Strahlung verursacht wird. Die Strahlungsstörung in Leiterplatten (PCB) bezieht sich auf die Gleichtakt-Strahlungsstörung zwischen Kabeln und inneren Leitungen. Wenn elektromagnetische Wellen auf Übertragungsleitungen treffen, entsteht ein Entkopplungsproblem vom elektrischen Feld zu den Leitungen mit verteilten kleinen Spannungsquellen, die in CM (Gleichtakt) und DM (Differenztakt) eingeteilt werden. Gleichtaktstrom (CM-Strom) bezeichnet den Strom aus zwei Leitern, die nahezu gleiche Amplitude und gleiche Phasenlage aufweisen, während Differenztaktstrom (DM-Strom) den Strom aus zwei Leitern bezeichnet, die gleiche Amplitude, aber entgegengesetzte Phasenlagen haben.
EMV-Anwendungsstrategien im Leiterplattendesign elektronischer Geräte
• ESD (Elektrostatische Entladung) Schutz
Bei der Leiterplattengestaltung (PCB) von elektronischen Geräten beeinflusst ESD die Stabilität des Stromflusses durch direkte Leitung oder induktive Entkopplung, was den Einsatz von ESD-Schutz erforderlich macht, um die Anforderungen der Entwicklung elektronischer Produkte zu erfüllen. PCB-Designer elektronischer Geräte müssen sicherstellen, dass EMV-Technologie im Prozess des PCB-Designs elektronischer Geräte verankert ist. Das heißt, im Prozess der Entwicklung neuer elektronischer Produkte sollten Durchkontaktierungen auf der Leiterplatte positioniert werden, und im Prozess der Durchkontaktierungsgestaltung sollte die äußere Schaltung am Metallgehäuse mit der inneren Schaltung verbunden werden, und Befestigungsschrauben müssen an der Verbindung angebracht werden. Das ultimative Ziel ist es, eine hervorragende innen-außen-gleichpotentielle Umgebung zu schaffen, um das Auftreten von ESD zu vermeiden, das zu einem Schaltungsfehler führen würde. Beispielsweise betonen einige Arten elektronischer Geräte die Anwendung der EMV-Technologie, und es sollten 6 Durchkontaktierungen angeordnet werden, um eine hervorragende Verbindung zwischen der inneren Schaltung und dem LCD-Gehäuse sicherzustellen, sodass das gesamte PCB-Design wesentlich verbessert wird. Außerdem platzieren diese Arten elektronischer Geräte ESD-Schutzbauteile an den Stellen des Signal-Ein- und -Ausgangs, und ein elektrostatischer Ring wurde daran angebracht, um das Auftreten von ESD zu vermeiden, das möglicherweise die Stabilität des Schaltungsbetriebs verringert.
• Entkopplungskondensator-Konfiguration
Im Prozess des PCB-Designs von elektronischen Geräten spielt das Stromversorgungssystem eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung der Signalintegrität, sodass die Anwendung der EMV-Theorie besonders betont werden muss. Beim Konfigurieren der Entkopplungskondensatoren kann der Schaltungsbetrieb simuliert werden, wodurch das Phänomen der Störgeräusche erfasst und das Rauschproblem wirksam kontrolliert werden kann. Gleichzeitig müssen Techniker bei der Konfiguration der Entkopplungskondensatoren den Eingang des Leistungsfilterkondensators streng prüfen, dessen Kapazitätswert im Bereich von 10 bis 100 F liegen sollte, um die Anforderungen der EMV-Technologie zu erfüllen. Außerdem sollte die Systemfrequenz unter 15 MHz gehalten werden, um das Anwendungsniveau elektronischer Geräte zu erhöhen, und die Entkopplungskondensatoren sollten in der Nähe des integrierten Chips platziert werden.
• Thermisches Design
Thermisches Designist eines der wichtigsten Elemente, die die Leistung elektronischer Geräte beeinflussen. Unter dem Einfluss von Wärmestrahlung und Belüftung muss der Abstand zwischen den Bauteilen und der Wärmequelle innerhalb des Standardbereichs gehalten werden, und der Wärmezustand der Bauteile, wie etwa Kondensatoren, muss während des Montageprozesses regelmäßig überprüft werden. Darüber hinaus ist bei der Montage von Bauteilen mit hoher Leistung sicherzustellen, dass diese Bauteile auf der Oberseite der Leiterplatten platziert werden, damit das beste thermische Design umgesetzt und das gesamte PCB-Designniveau erhöht werden kann.
• Auslegung von Leitungslänge und -breite
Im Prozess des EMV-Designs von Leiterplatten (PCBs) elektronischer Geräte stehen Leiterbahnbreite und -länge in direktem Zusammenhang mit der Signalübertragungseffizienz. PCB-Designer sollten insbesondere den Übertragungsverzögerungseffekt genau untersuchen, auf dessen Grundlage das optimale Schaltungsdesign erreicht werden kann. Die Induktivitätswirkung gedruckter Leiterbahnen führt zu Störungen, und die Länge der gedruckten Leiterbahn ist proportional zur Störwirkung. Daher sollten gedruckte Leiterbahnen kurz und breit gehalten werden, um die Entwicklungsanforderungen neuer elektronischer Geräte zu erfüllen.
Zum Beispiel wird im Entwicklungsprozess bestimmter elektronischer Geräte die Auslegung von Leiterbahnlänge und -breite umfassend berücksichtigt, sodass der 9. Pin XIN des EM78860 an der Position des Oszillators platziert wird und die Leiterbahn an der Position des DL16521 kurz gehalten wird, was insgesamt das EMV-Designniveau erhöht. Daher ist es äußerst notwendig, die Wissenschaftlichkeit und Rationalität von Leiterbahnlänge und -breite zu betonen, um die Entwicklungsanforderungen neuer elektronischer Geräte vollständig zu erfüllen.
Aufgrund der schnellen Entwicklung elektronischer Geräte richtet das PCB-Design zunehmend Aufmerksamkeit auf die hohe Effizienz und Stabilität von Leiterplatten, was zu einer stärkeren Betonung der Rolle der EMV-Technologie führt. Die herausragenden Probleme im Zusammenhang mit der EMV-Technologie sollten aus den Perspektiven der Gestaltung von Leiterbahnlänge und -breite, der Konfiguration von Entkopplungskondensatoren und des ESD behandelt werden, um den bestmöglichen Design-Effekt zu erzielen, wodurch die substanzielle Weiterentwicklung des Designs elektronischer Geräte vorangetrieben wird.
