El rápido desarrollo de la tecnología electrónica contribuye a la alta densidad de los componentes electrónicos, lo que exige una mayor capacidad de antiinterferencia por parte de los diseñadores de PCB. En el proceso de diseño de PCB, los diseñadores deben ajustarse a las normas genéricasprincipios del diseño de PCBy requisito de antiinterferencias. La capacidad de antiinterferencias en el diseño de PCB está directamente relacionada con la validez y la estabilidad de los productos electrónicos, e incluso se considera el punto clave del diseño. Cuando se tiene plenamente en cuenta el requisito de antiinterferencias durante el proceso de diseño, también se ahorra tiempo, ya que no es necesario aplicar posteriormente medidas correctivas de antiinterferencias.
Fuente de generación de interferencias en PCB
La fuente de generación de interferencias en la PCB proviene de los siguientes elementos:
a. Fuente de interferenciase refiere a los componentes, dispositivos o señales que generan interferencias, como relés, rectificadores controlados de silicio, máquinas eléctricas y relojes de alta frecuencia.
b. Componentes sensiblesse refiere a los objetos que son fácilmente susceptibles, tales como convertidores A/D (D/A), microcontroladores de un solo chip (SCM), circuitos integrados digitales, etc.
c. Trayectoria de transmisiónse refiere a la trayectoria o al medio a través del cual la interferencia viaja desde su fuente hasta los componentes sensibles. Según la trayectoria de transmisión de la interferencia, esta puede clasificarse en dos categorías: interferencia por conducción e interferencia por radiación. La primera se refiere a la interferencia transmitida a través de los conductores hacia los componentes sensibles. A diferencia de la banda de frecuencia de las señales útiles, la transmisión del ruido de interferencia de alta frecuencia puede reducirse añadiendo filtros en los conductores y, en algunos casos, también puede funcionar añadir optoacopladores aislados. La interferencia por radiación se refiere a la interferencia transmitida a los componentes sensibles a través del espacio. La solución general consiste en aumentar la distancia entre la fuente de interferencia y los componentes sensibles o aislarlos mediante conductores de tierra.
Principios de antiinterferencia en el diseño de PCB
Los principios generales de la antiinterferencia deben incluir la inhibición de la fuente de interferencia, la reducción de la ruta de transmisión de la interferencia y el aumento de la capacidad de antiinterferencia de los componentes sensibles. Las medidas específicas de cada principio se mostrarán en el contenido siguiente:
• Para inhibir la fuente de interferencia
a.Para los relés, se pueden tomar dos medidas para inhibir la fuente de interferencia. La fuente de interferencia se refiere a los componentes, dispositivos o señales que generan interferencias, tales como relés, rectificadores controlados de silicio, máquinas eléctricas y relojes de alta frecuencia.
1). Se puede añadir un diodo de rueda libre a la bobina del relé para eliminar la interferencia generada por la fuerza electromotriz inversa cuando la bobina se desactiva.
2). El circuito de supresión de chispas puede conectarse en paralelo a los pines de los relés para reducir la interferencia de las chispas.
b.Para las máquinas eléctricas, se les puede añadir un circuito de filtrado. Tenga en cuenta que las conexiones del condensador y del inductor deben ser lo más cortas posible.
c.Para los rectificadores controlados de silicio, se puede conectar un circuito de interferencia RC a los terminales del rectificador controlado de silicio para reducir el ruido generado por este.
d.Se debe conectar a cada CI de la placa un condensador de alta frecuencia en el rango de 0,01 μF a 0,1 μF para reducir la interferencia generada por el CI hacia la alimentación. Tenga en cuenta que, en cuanto al ruteo del condensador de alta frecuencia, los conductores deben estar cerca de la alimentación y ser cortos y gruesos. De lo contrario, la resistencia serie equivalente aumentará y se verá afectado el efecto de filtrado.
• Para reducir la trayectoria de transmisión de interferencias
En concreto, las medidas habituales para reducir la trayectoria de transmisión de interferencias incluyen:
a.Debe tenerse plenamente en cuenta la influencia de la alimentación en el SCM. Muchos SCM son bastante sensibles al ruido de la alimentación y se debe añadir un circuito de filtrado o un regulador de voltaje a la alimentación del SCM para reducir la interferencia del ruido de la alimentación en el SCM.
b.Si se utilizan puertos de E/S en el SCM para controlar componentes de ruido, se debe añadir aislamiento (onda de filtro en forma de Π) entre los puertos de E/S y la fuente de ruido.
c.Se debe prestar atención al ruteo del oscilador de cristal. El oscilador de cristal debe estar cerca de los pines del SCM, con un cable de tierra que aísle la zona del reloj. La carcasa del oscilador de cristal se conecta a tierra y se estabiliza.
d.La placa debe tener una partición razonable basada en señales fuertes o débiles, señales digitales o analógicas. Las fuentes de interferencia, como máquinas eléctricas o relés, deben aislarse de componentes sensibles como el SCM.
e.Se deben utilizar cables de tierra para aislar la zona digital de la zona analógica, y la tierra digital de la tierra analógica, las cuales se conectarán a la tierra de alimentación en un solo extremo. Este principio también es aplicable al ruteo de los chips A/D y D/A.
f.Los cables de tierra del SCM y de los componentes de alta potencia deben conectarse a tierra de forma independiente para reducir la interferencia mutua. Además, los componentes de alta potencia deben colocarse en el borde de la placa.
g.Se utilizan componentes antiinterferencias como perlas de ferrita, tubos de ferrita, filtros de alimentación y carcasas de blindaje en algunos puntos clave de la placa, como los puertos de E/S del SCM, los cables de alimentación y las líneas de conexión de la PCB, con el fin de aumentar drásticamente la capacidad de antiinterferencia del circuito.
• Aumentar la capacidad antiinterferencias de los componentes sensibles
Esto se refiere a las medidas mediante las cuales la captación de ruido de interferencia debe reducirse en los componentes sensibles y a la rápida recuperación de condiciones anómalas. Las medidas ordinarias para aumentar la capacidad de antiinterferencia de los componentes sensibles incluyen:
a.El área del lazo del circuito debe ampliarse durante el ruteo para reducir el ruido inducido.
b.Al enrutar, tanto la línea de alimentación como el cable de tierra deben ser lo más gruesos posible, lo que permite reducir la caída de tensión y el ruido de desacoplo.
c.Los puertos de E/S inactivos del SCM deben conectarse a tierra o a la alimentación, y lo mismo aplica para otros puertos inactivos de los CI sin cambiar la lógica del sistema.
d.Se deben utilizar un monitor de energía y un circuito de watchdog en el SCM para que la capacidad de antiinterferencia de todo el circuito pueda incrementarse drásticamente.
e.Los componentes IC deben soldarse directamente en la placa en lugar de utilizar zócalos para IC.
f.Como la velocidad actual puede satisfacer los requisitos, se debe reducir el oscilador de cristal del SCM y se debe elegir un circuito digital de baja velocidad.
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