Die rasante Entwicklung der Elektroniktechnologie trägt zur hohen Dichte elektronischer Bauteile bei, was die Anforderungen an die Störfestigkeit für PCB-Designer erhöht. Im Prozess des PCB-Designs müssen Designer die allgemeinenGrundlagen des Leiterplattendesignsund die Anforderung an die Störsicherheit. Die Fähigkeit zur Störsicherheit im PCB-Design steht in direktem Zusammenhang mit der Zuverlässigkeit und Stabilität von Elektronikprodukten und wird sogar als Schlüsselfaktor des Designs betrachtet. Wenn die Anforderung an die Störsicherheit im Designprozess vollständig berücksichtigt wird, spart dies auch Zeit, da nachträgliche Maßnahmen zur Behebung von Störungen nicht mehr erforderlich sind.
Quelle der Störungserzeugung in Leiterplatten
Die Quelle der Störungserzeugung in Leiterplatten stammt von den folgenden Elementen:
a. Störquellebezieht sich auf die Komponenten, Geräte oder Signale, die Störungen erzeugen, wie Relais, Silizium-gesteuerte Gleichrichter, elektrische Maschinen und Hochfrequenz-Taktgeber.
b. Empfindliche Komponentenbezieht sich auf die Objekte, die leicht anfällig sind, wie z. B. A/D- (D/A-) Wandler, Ein-Chip-Mikrocomputer (SCM), digitale ICs usw.
c. Übertragungswegbezieht sich auf den Pfad oder das Medium, durch das Störungen von ihrer Quelle zu den empfindlichen Komponenten gelangen. Entsprechend dem Übertragungsweg der Störung kann diese in zwei Kategorien eingeteilt werden: leitungsgebundene Störung und Strahlungsstörung. Erstere bezieht sich auf die Störung, die über Leitungen zu den empfindlichen Komponenten übertragen wird. Im Unterschied zum Frequenzband der Nutzsignale kann die Übertragung von hochfrequentem Störrauschen durch das Hinzufügen von Filtern an den Leitungen reduziert werden, und manchmal kann auch das Hinzufügen eines isolierenden Optokopplers wirksam sein. Strahlungsstörung bezieht sich auf die Störung, die über den Raum zu den empfindlichen Komponenten übertragen wird. Die allgemeine Lösung besteht darin, den Abstand zwischen Störquelle und empfindlichen Komponenten zu vergrößern oder sie durch Erdungsleitungen zu isolieren.
Prinzipien der Störsicherheit im PCB-Design
Die allgemeinen Prinzipien der Störungsunterdrückung sollten die Hemmung der Störquelle, die Reduzierung des Übertragungswegs der Störung und die Erhöhung der Störfestigkeit empfindlicher Komponenten umfassen. Die spezifischen Maßnahmen zu jedem Prinzip werden im folgenden Inhalt dargestellt:
• Um die Störquelle zu hemmen
a.Für Relais können zwei Maßnahmen ergriffen werden, um die Störquelle zu unterdrücken. Störquelle bezieht sich auf die Komponenten, Geräte oder Signale, die Störungen erzeugen, wie Relais, Silizium-gesteuerte Gleichrichter, Elektromaschinen und Hochfrequenzuhren.
1). Eine Freilaufdiode kann zur Relaiswicklung hinzugefügt werden, um die durch die Abschaltung der Spule erzeugte Störung der Gegen-EMK zu beseitigen.
2). Eine Funkenunterdrückungsschaltung kann parallel zu den Pins der Relais angeschlossen werden, um die Störung durch Funken zu verringern.
b.Für elektrische Maschinen kann ein Filterkreis hinzugefügt werden. Beachten Sie, dass die Anschlüsse von Kondensator und Induktor so kurz wie möglich sein sollten.
c.Für Silizium-gesteuerte Gleichrichter kann ein RC-Entstörkreis an die Anschlüsse des Silizium-gesteuerten Gleichrichters angeschlossen werden, um das vom Silizium-gesteuerten Gleichrichter erzeugte Rauschen zu reduzieren.
d.Ein Hochfrequenzkondensator im Bereich von 0,01 μF bis 0,1 μF sollte an jeden IC auf der Platine angeschlossen werden, um die vom IC erzeugten Störungen auf die Stromversorgung zu verringern. Beachten Sie, dass beim Verlegen des Hochfrequenzkondensators die Leitungen nahe an der Stromversorgung sowie kurz und dick sein sollten. Andernfalls würde der äquivalente Serienwiderstand erhöht und die Filterwirkung beeinträchtigt werden.
• Um den Übertragungsweg von Störungen zu verkürzen
Konkret umfassen die üblichen Maßnahmen zur Verkürzung des Störübertragungswegs:
a.Der Einfluss der Stromversorgung auf das SCM sollte vollständig berücksichtigt werden. Viele SCMs sind sehr empfindlich gegenüber Störungen durch die Stromversorgung, daher sollte dem SCM eine Filter-Schaltung oder ein Spannungsregler hinzugefügt werden, um die Beeinträchtigung des SCMs durch Störgeräusche der Stromversorgung zu verringern.
b.Wenn I/O-Ports im SCM zur Steuerung von Störkomponenten verwendet werden, sollte zwischen den I/O-Ports und der Störquelle eine Isolation (Π-Filterwelle) hinzugefügt werden.
c.Die Führung des Quarzoszillators sollte beachtet werden. Der Quarzoszillator sollte sich in der Nähe der SCM-Pins befinden, wobei eine Masseleitung die Taktzone isoliert. Das Gehäuse des Quarzoszillators ist mit Masse verbunden und stabilisiert.
d.Die Platine sollte eine sinnvolle Trennung basierend auf starken oder schwachen Signalen sowie digitalen oder analogen Signalen aufweisen. Störquellen wie Elektromotoren oder Relais sollten von empfindlichen Komponenten wie Mikrocontrollern isoliert werden.
e.Erdungsleitungen sollten verwendet werden, um den digitalen Bereich vom analogen Bereich zu isolieren, wobei die digitale Masse von der analogen Masse getrennt wird und an einem Ende mit der Strommasse verbunden wird. Dieses Prinzip gilt auch für die Leiterführung von A/D- und D/A-Chips.
f.Die Masseleitungen von SCM und Hochleistungskomponenten sollten unabhängig voneinander mit der Masse verbunden werden, um gegenseitige Störungen zu verringern. Außerdem sollten Hochleistungskomponenten am Rand der Platine platziert werden.
g.Antistörkomponenten wie Ferritperlen, Ferritrohre, Netzfilter und Abschirmgehäuse werden an einigen Schlüsselstellen auf der Platine verwendet, wie z.B. an den SCM-I/O-Ports, Stromleitungen und Leiterplattenverbindungen, um die Störfestigkeit der Schaltung erheblich zu erhöhen.
• Um die Störfestigkeit empfindlicher Komponenten zu erhöhen
Dies bezieht sich auf Maßnahmen, durch die die Aufnahme von Störgeräuschen durch empfindliche Komponenten reduziert und eine schnelle Wiederherstellung nach abnormalen Bedingungen ermöglicht werden soll. Übliche Maßnahmen zur Erhöhung der Störfestigkeit empfindlicher Komponenten umfassen:
a.Der Bereich der Schaltungsschleife sollte beim Routing vergrößert werden, um induziertes Rauschen zu reduzieren.
b.Beim Verlegen sollten sowohl die Stromleitung als auch die Masseleitung so dick wie möglich sein, da dies den Spannungsabfall verringern und Störgeräusche entkoppeln kann.
c.Die unbenutzten I/O-Ports am SCM sollten mit Masse oder Versorgungsspannung verbunden werden, ebenso wie andere unbenutzte IC-Ports, ohne die Systemlogik zu verändern.
d.Ein Leistungsmonitor und eine Watchdog-Schaltung sollten im Mikrocontroller verwendet werden, damit die Störfestigkeit des gesamten Schaltkreises erheblich erhöht werden kann.
e.IC-Bauteile sollten direkt auf die Platine gelötet werden, anstatt IC-Sockel zu verwenden.
f.Da die aktuelle Geschwindigkeit die Anforderungen erfüllt, sollte der Quarzoszillator des Mikrocontrollers verringert und eine digitale Schaltung mit niedriger Geschwindigkeit ausgewählt werden.
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