Con el constante desarrollo de la tecnología de la información, los productos electrónicos se están volviendo cada vez más complejos en cuanto a sus funciones, categorías y estructuras, impulsandoDiseño de PCBhacia la dirección de múltiples capas y alta densidad. Como resultado, se debe prestar mucha atención a la EMC (Compatibilidad Electromagnética) en el diseño de PCB, ya que el diseño EMC de la PCB no solo garantiza el funcionamiento normal y estable de todos los circuitos en la placa para que no se interfieran mutuamente, sino que también reduce de manera efectiva la transmisión por radiación y la emisión conducida de la PCB, con el fin de evitar que los circuitos sean interferidos por radiación y conducción externas. La interferencia es el principal enemigo de la EMC. Pero, ingenieros, deberían dejar de preocuparse a partir de este artículo.
Clasificación de la interferencia de PCB
La interferencia de PCB puede clasificarse en tres categorías:
1). Interferencia de diseñose refiere a la interferencia causada por la colocación inadecuada de componentes en la PCB.
2). Interferencia de apilamientose refiere a la interferencia de ruido causada por una configuración no científica.
3). Interferencia de enrutamientose refiere a la interferencia causada por un ajuste inadecuado de la distancia entre las líneas de señal de la PCB, las líneas de alimentación y las líneas de tierra, el ancho de las líneas o un diseño poco científicoEnrutamiento de PCBmétodo.
En cuanto a la clasificación de interferencias en 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 el resultado de que la influencia de las interferencias en la PCB se reduzca o incluso se elimine, a fin de garantizar la compatibilidad con el estándar de diseño EMC.
Medidas de supresión correspondientes para la interferencia de PCB según su clasificación
• Medidas de supresión para la interferencia de diseño
El privilegio de detener la interferencia del diseño radica en lo razonableDiseño de PCBque debe cumplir las siguientes seis reglas:
1).La posición en el circuito de cada módulo funcional debe establecerse de manera razonable según la ubicación de la corriente de señal y sus direcciones de flujo deben mantenerse lo más uniformes posible.
2).El componente principal en el circuito del módulo debe colocarse en el centro y las conexiones entre los componentes deben acortarse tanto como sea posible, especialmente en el caso de componentes de alta frecuencia.
3).La integración entre los elementos termosensibles y los chips debe realizarse lejos de los elementos calefactores.
4).La posición del conector debe determinarse de acuerdo con las posiciones de los componentes en la placa. Los conectores deben colocarse en un lado de la PCB para evitar que los cables salgan por dos lados y para reducir la radiación de corriente de modo común (CM).
5).El controlador de E/S debe estar muy cerca del conector para evitar el ruteo 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 alejados de ellos.
• Medidas de supresión para la interferencia por apilamiento
En primer lugar, se debe dominar la información de diseño de PCB considerando de manera integral elementos como la densidad de las líneas de señal, la clasificación de potencia y de tierra, con el fin de determinar la potencia y el número de capas que garanticen la implementación de la función del circuito. La calidad de la estrategia de apilamiento está esencialmente correlacionada con el voltaje transitorio del plano de tierra o del plano de potencia y con el blindaje electromagnético de la alimentación y las señales. Basándose en la experiencia práctica de diseño de apilamiento, el diseño de apilamiento debe ajustarse a las siguientes reglas:
1).El plano de tierra y el plano de alimentación 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 alimentación. Puede ser de una sola capa o de múltiples capas.
En el proceso de diseño de PCB de una o dos capas, las líneas de alimentación y las líneas de señal deben diseñarse cuidadosamente. Para reducir el área de bucle de la corriente de alimentación, las líneas de tierra y las líneas de alimentación deben estar muy próximas entre sí y mantenerse mutuamente paralelas. En las PCB de una sola capa, se deben disponer líneas de tierra de protección a ambos lados de las líneas de señal importantes. Por un lado, esto tiene como objetivo reducir el área de bucle de las señales. Por otro lado, se puede evitar la diafonía entre las líneas de señal.
Para las PCB de doble capa, también se pueden establecer líneas de puesta a tierra de protección o se implementa una puesta a tierra de área masiva en el plano de imagen de las señales importantes. AunqueFabricación de PCBy la depuración de ensamblaje son simples y convenientes, no es aceptable simular directamente PCB complejas, como circuitos digitales y circuitos mixtos analógico-digitales, porque la radiación aumentará con el incremento del área del bucle sin un plano de referencia.
Se recomiendan PCB de múltiples capas si el presupuesto lo permite. En el proceso de diseño de PCB multicapa deben seguirse tres reglas:
1).Para líneas de señal significativas, como líneas de bus o de reloj con fuerte radiación y líneas de alta sensibilidad, el ruteo debe implementarse entre dos planos de tierra o en el plano de señal que esté estrechamente próximo al plano de tierra, lo cual es beneficioso para reducir el área del lazo de señal, disminuir la intensidad de radiación y reforzar la inmunidad a interferencias.
2).Se debe garantizar que la radiación de borde esté bajo control efectivo. En comparación con el plano de masa adyacente, el plano de potencia debe reducirse internamente entre 5 y 20H (H se refiere al espesor del dieléctrico).
3).Si existen líneas de señal de alta frecuencia entre la capa inferior y la capa superior, deben disponerse entre la capa superior y el plano de tierra para evitar la radiación de las líneas de señal de alta frecuencia al espacio.
• Medidas de supresión para la interferencia de enrutamiento
Para prohibir interferencias, deben cumplirse las siguientes reglas en cuanto al enrutamiento:
1).Los conductores en el terminal de salida y en el terminal de entrada deben evitar ser paralelos durante una larga distancia. La diafonía paralela puede reducirse añadiendo líneas de puesta a tierra o aumentando la distancia entre las líneas.
2).El ancho de enrutamiento nunca puede cambiarse de forma repentina. La esquina debe ser un arco o tener un ángulo de 135°.
3).La radiación externa de un lazo portador de corriente aumenta (disminuye) con el aumento (disminución) del área del lazo, de la corriente y de la frecuencia de la señal, por lo que es necesario reducir el área del lazo de los conductores cuando circula corriente.
4).Se debe reducir la longitud de las pistas y aumentar su ancho para disminuir la impedancia de las mismas.
5).Para minimizar el acoplamiento de ruido y la diafonía entre líneas adyacentes, realice un procesamiento de aislamiento entre las líneas para garantizar el aislamiento del ruteo.
6).La señal de clave de aislamiento del derivador debe configurarse y las señales de clave están protegidas por circuitos de protección.
Además, al enrutar líneas de señal, líneas de alimentación y líneas de puesta a tierra, siga las reglas de enrutamiento de acuerdo con sus propias características y funciones:
a.Las líneas de puesta a tierra públicas deben disponerse en el borde de la PCB con un patrón de malla o bucle; las líneas de tierra deben ser lo más gruesas posible y se debe aplicar más lámina de cobre para reforzar el efecto de blindaje; la tierra analógica debe aislarse de la tierra digital y debe aplicarse una conexión paralela de un solo punto en la tierra de baja frecuencia de la tierra analógica. Debe aplicarse una conexión en serie de múltiples puntos en la tierra de alta frecuencia. En el encaminamiento práctico, la conexión en serie puede combinarse con la conexión en paralelo.
b.Siempre que sea posible, se debe aumentar el ancho de las líneas de alimentación y reducir la resistencia del bucle para garantizar la sincronización entre la dirección de las líneas de tierra y las líneas de alimentación y la de la transmisión de datos. Para PCB de múltiples capas, se debe reducir la distancia entre las líneas de alimentación y el plano de tierra o el plano de alimentación. La alimentación debe suministrarse de forma independiente a cada unidad funcional y los circuitos alimentados por una fuente de alimentación común deben estar próximos y ser compatibles entre sí.
c.Las líneas de señal deben ser lo más cortas posible para garantizar la reducción de la trayectoria de acoplamiento de señales de interferencia. Las líneas de señal de reloj y las líneas de señal sensibles deben rutearse primero, luego las líneas de señal de alta velocidad y, por último, las líneas de señal poco significativas. Si las líneas de señal no son compatibles entre sí, debe implementarse un procesamiento de aislamiento para detener la generación de interferencias por acoplamiento. El ruteo de señales clave no puede sobrepasar el área de separación o incluso el espacio del plano de referencia causado por la almohadilla y el orificio pasante. De lo contrario, se incrementará el área del bucle de señal. Mientras tanto, para prohibir la radiación de borde, la distancia entre las líneas de señal clave y el plano de referencia no puede ser menor que 3H (H se refiere a la altura entre las líneas de señal clave y el plano de referencia).
Lo único que debemos temer es al propio miedo. Para los ingenieros electrónicos, en el proceso de diseño de PCB, tal vez las interferencias siempre los decepcionen. Sin embargo, mientras sepamos de dónde provienen las interferencias y tomemos medidas efectivas, estas sin duda se reducirán y el rendimiento de la PCB se realizará plenamente.
A medida que aumenta la complejidad de los dispositivos electrónicos, una buena Compatibilidad Electromagnética (EMC) en el diseño de PCB es crucial para evitar interferencias que degraden la funcionalidad. Mediante la identificación y reducción de las interferencias en la PCB a través de métodos de diseño, apilado y ruteo, el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo pueden mejorarse significativamente. Con las acciones adecuadas, la interferencia puede minimizarse, permitiendo aprovechar todo el potencial de la capacidad de la PCB y el funcionamiento impecable de los sistemas electrónicos avanzados.
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