Mit der ständigen Weiterentwicklung der Informationstechnologie werden elektronische Produkte in Bezug auf ihre Funktionen, Kategorien und Strukturen immer komplexer, was dazu führt, dassLeiterplattendesignin Richtung mehrerer Schichten und hoher Dichte. Daher muss dem Thema EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) beim PCB-Design große Aufmerksamkeit geschenkt werden, da das EMV-Design der Leiterplatte nicht nur den normalen und stabilen Betrieb aller Schaltungen auf der Platine gewährleistet, sodass sie sich nicht gegenseitig stören, sondern auch die Strahlungsübertragung und leitungsgebundene Emission der Leiterplatte wirksam verringert, um zu verhindern, dass Schaltungen durch externe Strahlung und Leitung gestört werden. Störungen sind der größte Feind der EMV. Aber, Ingenieure, ab diesem Artikel müssen Sie sich keine Sorgen mehr machen.
Klassifizierung von Leiterplattenstörungen
PCB-Störungen können in drei Kategorien eingeteilt werden:
1). Layout-Störungbezieht sich auf Störungen, die durch eine ungeeignete Platzierung von Bauteilen auf der Leiterplatte verursacht werden.
2). Stapelinterferenzbezieht sich auf Störgeräusche, die durch unwissenschaftliche Einstellungen verursacht werden.
3). Routing-Interferenzbezieht sich auf Störungen, die durch unsachgemäßen Abstand zwischen Leiterbahnen, Stromleitungen und Masseleitungen auf der Leiterplatte, durch die Leiterbahnbreite oder durch unwissenschaftliche Einstellungen verursacht werdenPCB-RoutingMethode.
Im Hinblick auf die Klassifizierung von Leiterplattenstörungen können jeweils bestimmte Gegenmaßnahmen aus der Perspektive von Layoutregeln, Stapelungsstrategie und Leitungsführungsregeln ergriffen werden, wodurch die Auswirkungen von Leiterplattenstörungen verringert oder sogar beseitigt werden, um die Kompatibilität mit dem EMC-Designstandard sicherzustellen.
Entsprechende Unterdrückungsmaßnahmen für PCB-Störungen basierend auf deren Klassifizierung
• Unterdrückungsmaßnahmen gegen Layout-Interferenzen
Das Privileg, Layout-Interferenzen zu verhindern, liegt im Vernünftigen.Leiterplattenlayoutdie den folgenden sechs Regeln entsprechen sollte:
1).Die Schaltungsposition jedes Funktionsmoduls sollte entsprechend dem Standort des Signalstroms vernünftig festgelegt werden, und ihre Flussrichtungen sollten nach Möglichkeit gleichbleibend beibehalten werden.
2).Die Kernkomponente in der Schaltung des Moduls sollte in der Mitte platziert werden, und die Anschlussdrähte zwischen den Komponenten, insbesondere bei Hochfrequenzkomponenten, sollten so kurz wie möglich gehalten werden.
3).Die Integration zwischen temperaturempfindlichen Elementen und Chips sollte weit entfernt von Heizelementen erfolgen.
4).Die Position des Steckverbinders sollte entsprechend der Position der Bauteile auf der Leiterplatte festgelegt werden. Steckverbinder sollten auf einer Seite der Leiterplatte platziert werden, um zu verhindern, dass Kabel von zwei Seiten herausgeführt werden, und um die Abstrahlung von Gleichtaktstrom (CM) zu verringern.
5).Der I/O-Treiber sollte möglichst nah am Anschluss platziert werden, um eine langstreckige Führung der I/O-Signale auf der Leiterplatte zu vermeiden.
6).Thermoempfindliche Elemente dürfen nicht zu nah beieinander platziert werden, und Ein- sowie Ausgangskomponenten sollten ebenfalls weit von ihnen entfernt sein.
• Unterdrückungsmaßnahmen zur Stapelinterferenz
Zunächst sollten die Informationen zum PCB-Design unter Berücksichtigung umfassender Elemente wie Signalleitungsdichte, Klassifizierung von Stromversorgung und Erdung beherrscht werden, um die Stromversorgung und die Anzahl der Lagen zu bestimmen, die die Umsetzung der Schaltungsfunktion gewährleisten. Die Qualität der Stapelungsstrategie steht im Wesentlichen in Zusammenhang mit der transienten Spannung der Masse- oder Stromversorgungsebene sowie mit der elektromagnetischen Abschirmung von Stromversorgung und Signalen. Basierend auf praktischer Erfahrung im Stapelungsdesign sollte das Stapelungsdesign den folgenden Regeln entsprechen:
1).Massefläche und Stromversorgungsfläche sollten aneinander angrenzen und der Abstand zwischen ihnen sollte so klein wie möglich sein.
2).Die Signalleiterbahn sollte eng an die Massefläche oder die Stromversorgungsfläche angrenzen. Sowohl eine einzelne Schicht als auch mehrere Schichten sind dafür geeignet.
Im Prozess des ein- oder doppelseitigen Leiterplattendesigns sollten Stromversorgungsleitungen und Signalleitungen sorgfältig gestaltet werden. Um die Schleifenfläche des Stromkreises zu verringern, sollten Masseleitungen und Stromversorgungsleitungen eng beieinander liegen und parallel zueinander verlaufen. Bei einseitigen Leiterplatten sollten an beiden Seiten wichtiger Signalleitungen Schutzerdungsleitungen angeordnet werden. Einerseits soll dadurch die Schleifenfläche der Signale verkleinert werden. Andererseits kann so Übersprechen zwischen den Signalleitungen vermieden werden.
Für doppelseitige Leiterplatten können ebenfalls Schutzerdungsleitungen eingerichtet werden, oder es wird eine großflächige Erdung auf der Bildebene signifikanter Signale implementiert. ObwohlLeiterplattenherstellungund das Debuggen der Montage ist einfach und bequem, aber es ist nicht akzeptabel, komplexe Leiterplatten wie Digitalschaltungen und Digital-Analog-Schaltungen direkt zu simulieren, da die Strahlung mit zunehmender Schleifenfläche ohne Referenzebene zunimmt.
Mehrlagige Leiterplatten werden empfohlen, wenn das Budget ausreicht. Beim Entwurf von mehrlagigen Leiterplatten müssen drei Regeln beachtet werden:
1).Für bedeutende Signalleitungen, wie Bus- oder Taktleitungen mit starker Abstrahlung sowie Leitungen mit hoher Empfindlichkeit, sollte das Routing zwischen zwei Masseflächen oder auf einer Signalebene erfolgen, die eng an die Massefläche anliegt. Dies ist vorteilhaft für die Verkleinerung der Signalschleifenfläche, die Reduzierung der Strahlungsintensität und die Stärkung der Störfestigkeit.
2).Die Kantenstrahlung sollte unter wirksamer Kontrolle gehalten werden. Im Vergleich zur angrenzenden Massefläche sollte die Stromversorgungsfläche intern um 5 bis 20H (H bezieht sich auf die Dielektrikumsdicke) verkleinert werden.
3).. Wenn Hochfrequenz-Signalleitungen zwischen der unteren und der oberen Schicht vorhanden sind, sollten sie zwischen der oberen Schicht und der Massefläche angeordnet werden, um die Abstrahlung der Hochfrequenz-Signalleitungen in den Raum zu verhindern.
• Unterdrückungsmaßnahmen gegen Routing-Interferenzen
Um Störungen zu vermeiden, müssen hinsichtlich des Routings die folgenden Regeln beachtet werden:
1).Leitungen am Ausgangsanschluss und am Eingangsanschluss sollten über eine längere Strecke nicht parallel verlaufen. Paralleles Übersprechen kann durch das Hinzufügen von Erdungsleitungen oder das Vergrößern des Abstands zwischen den Leitungen verringert werden.
2).Die Routing-Breite darf niemals plötzlich geändert werden. Ecken sollten als Bogen oder mit einem Winkel von 135° ausgeführt werden.
3).Die externe Abstrahlung einer stromführenden Schleife nimmt mit zunehmender (abnehmender) Schleifenfläche, Stromstärke und Signalfrequenz zu (ab), daher ist es notwendig, die Fläche der Leiterschleife zu verringern, wenn Strom fließt.
4).Die Länge der Leiterbahnen sollte verringert und die Breite erhöht werden, um den Widerstand der Leiterbahnen zu reduzieren.
5).Um das Rauschkoppeln und Übersprechen zwischen benachbarten Leitungen zu minimieren, führen Sie bitte eine Isolationsverarbeitung zwischen den Leitungen durch, um eine Trennung der Leitungsführung sicherzustellen.
6).Das Schlüsselsignal der Shunt-Isolierung sollte eingestellt werden und die Schlüsselsignale sind durch Schutzschaltungen geschützt.
Außerdem befolgen Sie beim Verlegen von Signalleitungen, Stromleitungen und Erdungsleitungen bitte die Verlegungsregeln entsprechend ihrer jeweiligen Eigenschaften und Funktionen:
a.Öffentliche Masseleitungen sollten am Rand der Leiterplatte in Gitter- oder Schleifenmuster angeordnet werden; Masseleitungen sollten so dick wie möglich sein und es sollte mehr Kupferfolie verwendet werden, um den Abschirmeffekt zu verstärken; analoge Masse sollte von digitaler Masse isoliert werden und bei niederfrequenter Masse der analogen Masse sollte eine einpunktige Parallelschaltung angewendet werden. Bei hochfrequenter Masse sollte eine mehrpunktige Reihenschaltung angewendet werden. In der praktischen Leiterführung kann die Reihenschaltung mit der Parallelschaltung kombiniert werden.
b.Die Breite der Stromleitungen sollte nach Möglichkeit vergrößert und der Schleifenwiderstand verringert werden, um die Synchronisation zwischen der Richtung der Erdungsleitungen und der Stromleitungen sowie der Datenübertragung sicherzustellen. Bei mehrlagigen Leiterplatten sollte der Abstand zwischen Stromleitungen und Massefläche oder Stromfläche verringert werden. Jede Funktionseinheit sollte unabhängig mit Strom versorgt werden, und Schaltungen, die von einer gemeinsamen Stromquelle versorgt werden, sollten nahe beieinander liegen und miteinander kompatibel sein.
c.Signalleitungen sollten so kurz wie möglich sein, um die Reduzierung des Kopplungspfads für Störsignale zu gewährleisten. Taktleitung und empfindliche Signalleitungen sollten zuerst verlegt werden, danach folgen Hochgeschwindigkeitsleitungen und schließlich unbedeutende Signalleitungen. Wenn Signalleitungen nicht miteinander kompatibel sind, sollte eine Isolationsverarbeitung implementiert werden, um die Entstehung von Kopplungsstörungen zu verhindern. Die Führung von Schlüsselsignalen darf den Trennbereich oder sogar den durch Pads und Durchkontaktierungen verursachten Referenzflächensprung nicht überschreiten. Andernfalls wird die Signal-Schleifenfläche vergrößert. Um Kantenstrahlung zu verhindern, darf der Abstand zwischen Schlüsselsignalleitungen und Referenzfläche außerdem nicht weniger als 3H betragen (wobei H die Höhe zwischen Schlüsselsignalleitung und Referenzfläche bezeichnet).
Das Einzige, was wir zu fürchten haben, ist die Furcht selbst. Für Elektronikingenieure kann Störung im Prozess des PCB-Designs immer wieder zum Problem werden. Doch solange wir wissen, woher die Störung kommt, und wirksame Maßnahmen ergreifen, wird die Störung definitiv reduziert und die Leistung der Leiterplatte voll ausgeschöpft.
Mit zunehmender Komplexität elektronischer Geräte ist eine gute elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) im PCB-Design entscheidend, um Störungen zu verhindern, die die Funktionalität beeinträchtigen. Durch das Bewusstsein für und die Reduzierung von Störungen auf Leiterplatten mittels Layout-, Schichtaufbau- und Leitungsführungsmethoden kann die Geräteleistung und -zuverlässigkeit erheblich verbessert werden. Durch geeignete Maßnahmen können Störungen minimiert werden, sodass das volle Potenzial der Leiterplatte ausgeschöpft und ein fehlerfreier Betrieb fortschrittlicher elektronischer Systeme gewährleistet wird.
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