Avec le développement constant des technologies de l’information, les produits électroniques deviennent de plus en plus complexes en termes de fonctions, de catégories et de structures, entraînantConception de PCBvers la direction des couches multiples et de la haute densité. Par conséquent, une grande attention doit être portée à la CEM (Compatibilité Électromagnétique) dans la conception des PCB, car la conception CEM du PCB garantit non seulement le fonctionnement normal et stable de tous les circuits sur la carte afin qu’ils ne se perturbent pas mutuellement, mais réduit également efficacement la transmission par rayonnement et les émissions conduites du PCB, afin d’empêcher que les circuits ne soient perturbés par des rayonnements et des conductions externes. Les interférences sont le principal ennemi de la CEM. Mais, ingénieurs, vous ne devriez plus vous inquiéter à partir de cet article.
Classification des interférences CCA
Les interférences de PCB peuvent être classées en trois catégories :
1). Interférence de mise en pagefait référence aux interférences causées par un placement inapproprié des composants sur le PCB.
2). Interférence de superpositionfait référence aux interférences sonores causées par un réglage non scientifique.
3). Interférence de routagefait référence aux interférences causées par un réglage incorrect de la distance entre les lignes de signal, les lignes d’alimentation et les lignes de masse du PCB, la largeur des pistes ou un agencement non scientifiqueRoutage de PCBméthode.
En termes de classification des interférences de PCB, certaines mesures de suppression peuvent être prises respectivement du point de vue des règles de disposition, de la stratégie d’empilement et des règles de routage, de sorte que l’influence des interférences de PCB soit réduite voire éliminée, afin de garantir la conformité à la norme de conception CEM.
Mesures de suppression correspondantes pour les interférences PCB en fonction de leur classification
• Mesures de suppression pour les interférences de disposition
Le privilège d’arrêter l’interférence de mise en page réside dans la raisonnabilitéRoutage de PCBqui doit être conforme aux six règles suivantes :
1).La position dans le circuit de chaque module fonctionnel doit être définie de manière raisonnable en fonction de l’emplacement du courant de signal, et leurs directions d’écoulement doivent être maintenues aussi identiques que possible.
2).Le composant principal du circuit du module doit être placé au centre et les connexions entre les composants doivent être raccourcies autant que possible, en particulier pour les composants haute fréquence.
3).L’intégration entre les éléments thermosensibles et les puces doit être réalisée loin des éléments chauffants.
4).La position du connecteur doit être déterminée en fonction de la position des composants sur la carte. Les connecteurs doivent être placés sur un seul côté du PCB afin d’éviter que les câbles ne soient acheminés depuis deux côtés et de réduire le rayonnement du courant en mode commun (CM).
5).Le pilote d’E/S doit être placé très près du connecteur afin d’éviter le routage longue distance des signaux d’E/S sur la carte.
6).Les éléments thermosensibles ne doivent pas être placés trop près les uns des autres et les composants d’entrée et de sortie doivent également être éloignés d’eux.
• Mesures de suppression pour l’interférence de superposition
Tout d’abord, les informations de conception du PCB doivent être maîtrisées en tenant compte de tous les éléments, notamment la densité des lignes de signal, la classification de l’alimentation et de la mise à la terre, afin de déterminer la puissance et le nombre de couches garantissant la mise en œuvre de la fonction du circuit. La qualité de la stratégie d’empilement est essentiellement corrélée à la tension transitoire du plan de masse ou du plan d’alimentation et au blindage électromagnétique de l’alimentation et des signaux. Sur la base de l’expérience pratique en conception d’empilement, la conception d’empilement doit se conformer aux règles suivantes :
1).Le plan de masse et le plan d’alimentation doivent être adjacents l’un à l’autre et la distance entre eux doit être aussi faible que possible.
2).Le plan de signal doit être étroitement rapproché du plan de masse ou du plan d’alimentation. Une seule couche ou plusieurs couches conviennent.
Dans le processus de conception de circuits imprimés simple couche ou double couche, les lignes d’alimentation et les lignes de signal doivent être soigneusement conçues. Afin de réduire la surface de boucle du courant d’alimentation, les lignes de masse et les lignes d’alimentation doivent être étroitement rapprochées et rester mutuellement parallèles. Pour les circuits imprimés simple couche, des lignes de masse de protection doivent être disposées de part et d’autre des lignes de signal importantes. D’une part, cela vise à réduire la surface de boucle des signaux. D’autre part, cela permet d’éviter la diaphonie entre les lignes de signal.
Pour les circuits imprimés à deux couches, des lignes de mise à la terre de protection peuvent également être définies, ou une mise à la terre sur une zone étendue est mise en œuvre sur le plan d’image des signaux importants. Bien queFabrication de circuits impriméset le débogage d’assemblage sont simples et pratiques, il n’est pas acceptable de simuler directement des circuits imprimés complexes tels que les circuits numériques et les circuits mixtes numérique-analogique, car le rayonnement augmentera avec l’augmentation de la surface de la boucle en l’absence de plan de référence.
Il est recommandé d’utiliser des circuits imprimés multicouches si le budget le permet. Trois règles doivent être respectées lors de la conception de circuits imprimés multicouches :
1).Pour les lignes de signal importantes, telles que les lignes de bus ou d’horloge présentant une forte radiation et les lignes à haute sensibilité, le routage doit être réalisé entre deux plans de masse ou sur le plan de signal étroitement adjacent au plan de masse, ce qui est bénéfique pour la réduction de la surface de boucle du signal, la diminution de l’intensité de rayonnement et le renforcement de l’immunité aux interférences.
2).Il convient de s’assurer que le rayonnement de bord reste sous contrôle effectif. Par rapport au plan de masse adjacent, le plan d’alimentation doit être réduit vers l’intérieur de 5 à 20 H (H désignant l’épaisseur du diélectrique).
3).. Si des lignes de signal haute fréquence existent entre la couche inférieure et la couche supérieure, elles doivent être disposées entre la couche supérieure et le plan de masse afin d’empêcher le rayonnement des lignes de signal haute fréquence dans l’espace.
• Mesures de suppression pour les interférences de routage
Afin d’interdire toute interférence, les règles suivantes doivent être respectées en matière de routage :
1).Les conducteurs au niveau de la borne de sortie et de la borne d’entrée doivent éviter d’être parallèles sur une longue distance. La diaphonie parallèle peut être réduite en ajoutant des lignes de mise à la terre ou en augmentant la distance entre les lignes.
2).La largeur de routage ne peut jamais être modifiée brusquement. L’angle du coin doit être arrondi ou avoir un angle de 135°.
3).Le rayonnement externe d’une boucle parcourue par un courant augmente (diminue) avec l’augmentation (la diminution) de la surface de la boucle, du courant et de la fréquence du signal ; il est donc nécessaire de réduire la surface de la boucle de liaison lorsque le courant la traverse.
4).La longueur des conducteurs doit être réduite tandis que leur largeur doit être augmentée afin de diminuer l’impédance des conducteurs.
5).Pour minimiser le couplage de bruit et la diaphonie entre les lignes adjacentes, veuillez effectuer un traitement d’isolation entre les lignes afin de garantir l’isolation du routage.
6).Le signal clé d’isolement du shunt doit être configuré et les signaux clés sont protégés par des circuits de protection.
De plus, lors du routage des lignes de signal, des lignes d’alimentation et des lignes de mise à la terre, veuillez suivre les règles de routage conformément à leurs propres caractéristiques et fonctions :
a.Les lignes de mise à la masse publiques doivent être disposées au bord du PCB avec un motif en treillis ou en boucle ; les lignes de masse doivent être aussi épaisses que possible et davantage de feuille de cuivre doit être appliquée afin de renforcer l’effet de blindage ; la masse analogique doit être isolée de la masse numérique et une connexion parallèle en un seul point doit être appliquée pour la masse basse fréquence de la masse analogique. Une connexion en série multipoint doit être appliquée pour la masse haute fréquence. En routage pratique, la connexion en série peut être combinée avec la connexion parallèle.
b.La largeur des lignes d’alimentation doit être augmentée autant que possible et la résistance de boucle doit être réduite afin d’assurer la synchronisation entre la direction des lignes de masse et des lignes d’alimentation et celle de la transmission de données. Pour les circuits imprimés multicouches, la distance entre les lignes d’alimentation et le plan de masse ou le plan d’alimentation doit être réduite. L’alimentation doit être fournie indépendamment à chaque unité fonctionnelle, et les circuits alimentés par une source d’alimentation commune doivent être proches les uns des autres et compatibles entre eux.
c.Les lignes de signal doivent être aussi courtes que possible afin de réduire le chemin de couplage des signaux d’interférence. Les lignes de signal d’horloge et les lignes de signal sensibles doivent être routées en premier, viennent ensuite les lignes de signal à haute vitesse et, enfin, les lignes de signal peu importantes. Si les lignes de signal ne sont pas compatibles entre elles, un traitement d’isolation doit être mis en œuvre pour empêcher la génération d’interférences par couplage. Le routage des signaux clés ne doit pas dépasser la zone de séparation ni même l’espace de plan de référence provoqué par les pastilles et les vias traversants. Dans le cas contraire, la surface de boucle du signal augmentera. Par ailleurs, afin d’empêcher le rayonnement de bord, la distance entre les lignes de signal clés et le plan de référence ne doit pas être inférieure à 3H (H désigne la hauteur entre les lignes de signal clés et le plan de référence).
La seule chose que nous ayons à craindre, c’est la peur elle-même. Pour les ingénieurs en électronique, dans le processus de conception de PCB, les interférences vous déçoivent peut-être toujours. Cependant, tant que nous savons d’où proviennent les interférences et que nous prenons des mesures efficaces, celles-ci seront certainement réduites et les performances du PCB pleinement réalisées.
À mesure que la complexité des dispositifs électroniques augmente, une bonne compatibilité électromagnétique (EMC) dans la conception des circuits imprimés (PCB) est cruciale pour éviter les interférences qui dégradent la fonctionnalité. En prenant en compte et en réduisant les interférences des PCB grâce aux méthodes de disposition, d’empilement et de routage, les performances et la fiabilité des dispositifs peuvent être considérablement améliorées. Par des mesures appropriées, les interférences peuvent être minimisées, permettant d’exploiter pleinement le potentiel des PCB et d’assurer le fonctionnement irréprochable des systèmes électroniques avancés.
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