Nello sviluppo sostenibile della progettazione e produzione di CI (circuiti integrati), la rilevanza di alcuni problemi come il ritardo di trasmissione del segnale e il rumore influisce sull’integrità dei segnali. Pertanto, è necessario prestare sufficiente attenzione a questi problemi nel processo diProgettazione PCBe il flusso di processo dei prodotti elettronici devono essere supervisionati, come le fasi di prototipazione e produzione. Inoltre, il design del PCB dovrebbe essere migliorato per risolvere questi problemi rilevanti presenti nel modello di progettazione tradizionale e per realizzare un’applicazione ragionevole della tecnologia EMC (Compatibilità Elettromagnetica). Questo articolo discute principalmente le strategie di applicazione della tecnologia EMC nella progettazione PCB per dispositivi elettronici.
Panoramica EMC e Problemi
EMC si riferisce a un tipo di capacità per cui i dispositivi o i sistemi sono in grado di funzionare normalmente senza essere disturbati da interferenze elettromagnetiche e di evitare di fornire disturbi elettromagnetici a qualsiasi parte dell’ambiente di circuito.
Durante la progettazionePCBnei dispositivi elettronici, il problema delle interferenze di segnale di solito si presenta insieme alla diversità delle sorgenti di disturbo del segnale. Pertanto, durante la trasmissione del segnale, la tecnologia EMC con funzioni di isolamento, filtraggio, schermatura e messa a terra contribuirà a migliorare il livello complessivo della progettazione del PCB.
Nel processo di applicazione della tecnologia EMC, al fine di aumentare l’effetto complessivo dell’applicazione, è necessario testare la qualità dei componenti. In particolare, nel processo di costruzione del sistema EMC, i componenti interessati dalla tecnologia EMC devono essere testati in termini di capacità di tenuta alla tensione e di capacità tramite metodi sperimentali. Nel contempo, durante il processo di ispezione sperimentale, occorre prestare attenzione alla completezza dei problemi evidenti e a un trattamento adeguato nel processo di applicazione dei componenti.
Nel design dei PCB, i principali problemi EMC includono l’interferenza condotta, l’interferenza di diafonia e l’interferenza irradiata.
• Interferenza di conduzione
L’interferenza per conduzione influisce su altri circuiti tramite il disaccoppiamento dei conduttori e il disaccoppiamento dell’impedenza di modo comune. Ad esempio, il rumore entra in un sistema attraverso il circuito di alimentazione, i cui circuiti di supporto saranno influenzati dal rumore.
La Figura 1 mostra il disaccoppiamento del rumore tramite l’impedenza di modo comune. Sia il Circuito 1 che il Circuito 2 ricevono la tensione di alimentazione e il loop di massa attraverso lo stesso conduttore. Se la tensione di uno dei due circuiti necessita improvvisamente di essere aumentata, l’altro circuito diminuirà a causa dell’alimentazione comune e dell’impedenza tra i due loop.
• Interferenza di diafonia
Interferenza di diafoniasi riferisce all’interferenza da una linea di segnale a una linea di segnale adiacente, che di solito si verifica sul circuito e sul conduttore adiacenti e presenta capacità mutua e impedenza mutua tra circuito e conduttore. Per esempio, una stripline su un PCB ha un segnale di basso livello e, quando i fili paralleli sono più lunghi di 10 cm, si manifesta la diafonia. Poiché la diafonia può essere provocata dal campo elettrico tramite la capacità mutua e dal campo magnetico tramite l’impedenza mutua, il primo e principale problema è determinare quale disaccoppiamento svolga il ruolo principale, il disaccoppiamento del campo elettrico (capacità mutua) o del campo magnetico (impedenza mutua). Il prodotto dell’impedenza di alimentazione e dell’impedenza del ricevitore può essere considerato come un riferimento, che dipende dalla configurazione tra i circuiti e dalla frequenza.
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Prodotto
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Disaccoppiamento principale
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| <3002 |
Campo magnetico |
| >10002 |
Campo elettrico |
| >3002, <10002 |
Campo magnetico o elettrico |
• Interferenza da radiazioni
L’interferenza da radiazione si riferisce all’interferenza causata dalla radiazione emessa da un’onda elettromagnetica libera. L’interferenza da radiazione nei PCB si riferisce all’interferenza da radiazione in modo comune tra i cavi e le linee interne. Quando un’onda elettromagnetica incide sulle linee di trasmissione, si presenta un problema di disaccoppiamento dal campo elettrico alle linee, con piccole sorgenti di tensione distribuite classificate in CM (modo comune) e DM (modo differenziale). La corrente CM si riferisce alla corrente proveniente da due conduttori che hanno ampiezza quasi equivalente e posizione di fase equivalente, mentre la corrente DM si riferisce alla corrente proveniente da due conduttori che hanno ampiezza equivalente ma posizioni di fase opposte.
Strategie di applicazione EMC nella progettazione PCB dei dispositivi elettronici
• Protezione ESD (scarica elettrostatica)
Durante la progettazione del PCB dei dispositivi elettronici, l’ESD influisce sulla stabilità della corrente in circolazione tramite conduzione diretta o disaccoppiamento induttivo, il che rende necessaria la protezione ESD per soddisfare i requisiti dello sviluppo della produzione elettronica. I progettisti PCB dei dispositivi elettronici devono garantire che la tecnologia EMC sia radicata nel processo di progettazione del PCB dei dispositivi elettronici. Vale a dire che, nel processo di sviluppo di nuovi prodotti elettronici, i fori metallizzati dovrebbero essere posizionati sul PCB e, nel processo di progettazione dei fori metallizzati, il circuito esterno sul guscio metallico dovrebbe essere collegato con il circuito interno e le viti di fissaggio devono essere montate nel punto di connessione. L’obiettivo finale è stabilire un eccellente ambiente equipotenziale interno-esterno per evitare il manifestarsi di ESD che porterà al guasto del circuito. Ad esempio, alcuni tipi di dispositivi elettronici enfatizzano l’applicazione della tecnologia EMC e 6 fori metallizzati dovrebbero essere disposti per garantire l’eccellente connessione tra il circuito interno e l’involucro LCD, in modo che l’intera progettazione del PCB sia stata sostanzialmente migliorata. Inoltre, questo tipo di dispositivi elettronici dispone i componenti di protezione ESD nel punto di ingresso e uscita del segnale ed è stato montato un anello elettrostatico per evitare il manifestarsi di ESD che potrebbe ridurre la stabilità del funzionamento del circuito.
• Configurazione del condensatore di disaccoppiamento
Nel processo di progettazione PCB dei dispositivi elettronici, il sistema di alimentazione svolge un ruolo importante nell’influenzare l’integrità del segnale, quindi l’applicazione della teoria EMC deve essere enfatizzata. Nel processo di configurazione dei condensatori di disaccoppiamento, è possibile simulare il funzionamento del circuito, durante il quale il fenomeno di interferenza di rumore può essere compreso, in modo che il problema del rumore possa essere controllato in modo efficace. Nel frattempo, nel processo di configurazione dei condensatori di disaccoppiamento, è richiesto ai tecnici di ispezionare rigorosamente il terminale di ingresso della capacità del filtro di alimentazione, che dovrebbe essere mantenuto nell’intervallo da 10 a 100 F, al fine di soddisfare le condizioni della tecnologia EMC. Inoltre, la frequenza del sistema dovrebbe essere controllata a meno di 15 MHz per aumentare il livello di applicazione dei dispositivi elettronici e la configurazione dei condensatori di disaccoppiamento dovrebbe essere posizionata nel punto in cui si trova il chip integrato.
• Progettazione termica
Progettazione termicaè uno degli elementi più importanti che influenzano le prestazioni dei dispositivi elettronici. Sotto l’influenza della radiazione termica e della ventilazione, la distanza tra i componenti e la sorgente di calore deve essere mantenuta entro l’intervallo standard e il grado di riscaldamento dei componenti deve essere controllato di tanto in tanto durante il processo di assemblaggio dei componenti, come i condensatori. Inoltre, durante l’assemblaggio di componenti ad alta potenza, assicurarsi di posizionare tali componenti sulla parte superiore dei PCB in modo che si possa realizzare il miglior progetto termico possibile per aumentare il livello complessivo del progetto del PCB.
• Progettazione della lunghezza e della larghezza della linea
Nel processo di progettazione EMC dei PCB dei dispositivi elettronici, la larghezza e la lunghezza delle piste hanno una relazione diretta con l’efficienza di trasmissione del segnale. I progettisti di PCB dovrebbero esaminare con particolare attenzione l’effetto del ritardo di trasmissione, sulla base del quale è possibile ottenere il miglior progetto di circuito. L’effetto di induttanza delle piste stampate provoca interferenze e la lunghezza della pista stampata è proporzionale all’effetto di interferenza, quindi le piste stampate dovrebbero essere mantenute corte e larghe per soddisfare i requisiti di sviluppo dei nuovi dispositivi elettronici. Ad esempio, nel processo di sviluppo di alcuni tipi di dispositivi elettronici, la progettazione della lunghezza e della larghezza delle piste è presa pienamente in considerazione, così che il pin 9 XIN dell’EM78860 è collocato in corrispondenza dell’oscillatore e la pista nel punto del DL16521 è mantenuta corta, il che aumenta il livello complessivo della progettazione EMC. Pertanto, è estremamente necessario enfatizzare la scientificità e la razionalità della lunghezza e della larghezza delle piste per soddisfare pienamente i requisiti di sviluppo dei nuovi dispositivi elettronici.
Sulla base del rapido sviluppo dei dispositivi elettronici, la progettazione dei PCB ha richiamato sempre maggiore attenzione sull’elevata efficienza e stabilità dei PCB, il che porta a porre l’accento sul ruolo della tecnologia EMC. I problemi rilevanti riguardanti la tecnologia EMC devono essere affrontati dalle prospettive della progettazione della lunghezza e della larghezza delle linee, della configurazione dei condensatori di disaccoppiamento e dell’ESD, al fine di ottenere il miglior effetto di progettazione, sulla base del quale sarà promosso lo sviluppo sostanziale della progettazione dei dispositivi elettronici.
