Ochrana proti rušení je velmi důležitým článkem v moderním návrhu obvodů, který přímo odráží výkon a spolehlivost celého systému. Pro inženýry desek plošných spojů je návrh ochrany proti rušení klíčovým a obtížným bodem, který musí každý zvládnout.
Přítomnost rušení na desce plošných spojů
V reálném výzkumu se zjistilo, že v návrhu desek plošných spojů existují čtyři hlavní rušení: šum napájecího zdroje, rušení přenosového vedení, vazba a elektromagnetické rušení (EMI).
1. Hluk napájecího zdroje
Ve vysokofrekvenčním obvodu má šum napájecího zdroje obzvláště zřetelný vliv na vysokofrekvenční signál. Proto je prvním požadavkem na napájecí zdroj nízký šum. Zde je čisté uzemnění stejně důležité jako čistý zdroj energie.
2. Přenosové vedení
V desce plošných spojů jsou možné pouze dva typy přenosových vedení: páskové vedení a mikrovlnné vedení. Největším problémem přenosových vedení je odraz. Odraz způsobuje mnoho problémů. Například zatěžovací signál bude superpozicí původního signálu a signálu ozvěny, což ztíží analýzu signálu; odraz způsobí ztrátu odrazu (retrospektivní ztráta), která ovlivní signál. Dopad je stejně závažný jako dopad způsobený aditivní interferencí.
3. Spojka
Rušící signál generovaný zdrojem rušení způsobuje elektromagnetické rušení elektronického řídicího systému prostřednictvím určitého vazebního kanálu. Způsob rušení není nic jiného než působení na elektronický řídicí systém prostřednictvím vodičů, mezer, společných vedení atd. Analýza zahrnuje zejména následující typy vazby: přímá vazba, vazba se společnou impedancí, kapacitní vazba, elektromagnetická indukční vazba, radiační vazba atd.
4. Elektromagnetické rušení (EMI)
Elektromagnetické rušení EMI má dva typy: vedené rušení a vyzařované rušení. Vedené rušení označuje vazbu (interferenci) signálů z jedné elektrické sítě do jiné elektrické sítě prostřednictvím vodivého média. Vyzařované rušení označuje vazbu (interferenci) signálu zdroje rušení do jiné elektrické sítě prostorem. U vysokorychlostních desek plošných spojů a systémů se vysokofrekvenční signálové vodiče, piny integrovaných obvodů, různé konektory atd. mohou stát zdroji radiačního rušení s anténními charakteristikami, které mohou vyzařovat elektromagnetické vlny a ovlivňovat jiné systémy nebo jiné subsystémy v systému při normálním provozu.
Opatření proti rušení desek plošných spojů a obvodů
Návrh desek plošných spojů s ochranou proti rušení úzce souvisí s konkrétním obvodem. Dále si uvedeme pouze několik běžných opatření v návrhu desek plošných spojů s ochranou proti rušení.
1. Konstrukce napájecího kabelu
V závislosti na velikosti proudu protékajícího deskou plošných spojů se pokuste zvětšit šířku napájecího vedení, abyste snížili odpor smyčky. Zároveň zajistěte, aby směr napájecího vedení a zemnícího vedení odpovídal směru přenosu dat, což pomůže zlepšit odolnost proti šumu.
2. Návrh zemnícího vodiče
Oddělte digitální a analogové uzemnění. Pokud jsou na desce plošných spojů logické i lineární obvody, měly by být co nejvíce odděleny. Uzemnění nízkofrekvenčního obvodu by mělo být co nejvíce uzemněno paralelně v jednom bodě. Pokud je samotné zapojení obtížné, lze jej částečně zapojit sériově a poté uzemnit paralelně. Vysokofrekvenční obvod by měl být uzemněn ve více bodech sériově, zemnící vodič by měl být krátký a silný a kolem vysokofrekvenční složky by měla být použita mřížkovaná velkoplošná zemnící fólie.
Zemnící vodič by měl být co nejtlustší. Pokud se pro zemnící vodič použije velmi tenký vodič, zemnící potenciál se mění s proudem, což snižuje odpor rušení. Proto by měl být zemnící vodič zesílen tak, aby propouštěl trojnásobek povoleného proudu na desce plošných spojů. Pokud je to možné, měl by mít průměr větší než 2~3 mm.
Zemnící vodič tvoří uzavřenou smyčku. U desek plošných spojů složených pouze z digitálních obvodů je většina zemnících obvodů uspořádána do smyček, aby se zlepšila odolnost proti šumu.
3. Konfigurace oddělovacího kondenzátoru
Jednou z konvenčních metod návrhu desek plošných spojů je konfigurace vhodných oddělovacích kondenzátorů na každé klíčové části desky plošných spojů.
Obecné principy konfigurace oddělovacích kondenzátorů jsou:
① Připojte elektrolytický kondenzátor 10 ~ 100 uF napříč napájecím vstupem. Pokud je to možné, je lepší připojit kondenzátor s kapacitou 100 uF nebo větší.
②V zásadě by měl být každý integrovaný obvod vybaven keramickým kondenzátorem s kapacitou 0,01 pF. Pokud mezera na desce plošných spojů není dostatečná, lze na každých 4~8 čipů umístit kondenzátor s kapacitou 1-10 pF.
③U zařízení se slabou schopností potlačení šumu a velkými změnami výkonu při vypnutí, jako jsou paměťová zařízení RAM a ROM, by měl být oddělovací kondenzátor přímo připojen mezi napájecí vodič a zemnící vodič čipu.
④Vývod kondenzátoru by neměl být příliš dlouhý, zejména by neměl mít vývod vysokofrekvenční bypassový kondenzátor.
4. Metody pro eliminaci elektromagnetického rušení při návrhu desek plošných spojů
①Omezení smyček: Každá smyčka je ekvivalentní anténě, takže musíme minimalizovat počet smyček, plochu smyčky a anténní efekt smyčky. Zajistěte, aby signál měl v libovolných dvou bodech pouze jednu cestu smyčkou, vyhněte se umělým smyčkám a snažte se využít výkonovou vrstvu.
②Filtrování: Filtrování lze použít ke snížení elektromagnetického rušení jak na elektrické síti, tak na signální síti. Existují tři metody: oddělovací kondenzátory, filtry elektromagnetického rušení a magnetické součástky.
③Štít.
④ Zkuste snížit rychlost vysokofrekvenčních zařízení.
⑤ Zvýšení dielektrické konstanty desky plošných spojů může zabránit vyzařování vysokofrekvenčních součástí, jako je přenosové vedení v blízkosti desky; zvětšení tloušťky desky plošných spojů a minimalizace tloušťky mikropáskového vedení může zabránit přetečení elektromagnetického vodiče a také zabránit vyzařování.