Häiretevastane disain on tänapäeva vooluringide disainis väga oluline lüli, mis peegeldab otseselt kogu süsteemi jõudlust ja töökindlust. PCB inseneride jaoks on häiretevastane disain võtmetähtsusega ja keeruline punkt, mida igaüks peab omandama.
Häirete olemasolu trükkplaadil
Tegelikes uuringutes on leitud, et trükkplaatide disainis on neli peamist häiret: toiteploki müra, ülekandeliini häired, sidestus ja elektromagnetilised häired (EMI).
1. Toiteploki müra
Kõrgsagedusahelas on toiteploki müral eriti ilmne mõju kõrgsagedussignaalile. Seetõttu on toiteploki esimene nõue madal müratase. Siin on puhas maandus sama oluline kui puhas toiteallikas.
2. Ülekandeliin
Trükkplaadil on võimalik kasutada ainult kahte tüüpi ülekandeliine: ribaliin ja mikrolaineliin. Ülekandeliinide suurim probleem on peegeldus. Peegeldumine põhjustab palju probleeme. Näiteks koormussignaal on algsignaali ja kajasignaali superpositsioon, mis suurendab signaali analüüsi raskust; peegeldumine põhjustab tagasikaod, mis omakorda mõjutab signaali. Mõju on sama tõsine kui aditiivse müra interferentsi põhjustatud.
3. Ühendus
Häireallika tekitatud häiresignaal põhjustab elektroonilisele juhtimissüsteemile teatud ühenduskanali kaudu elektromagnetilisi häireid. Häirete ühendusmeetod ei ole midagi muud kui elektroonilisele juhtimissüsteemile mõju avaldamine juhtmete, tühikute, ühiste joonte jms kaudu. Analüüs hõlmab peamiselt järgmisi tüüpe: otsene sidestus, ühistakistussidestus, mahtuvuslik sidestus, elektromagnetiline induktsioonsidestus, kiirgussidestus jne.
4. Elektromagnetiline häire (EMI)
Elektromagnetilist interferentsi (EMI) on kahte tüüpi: juhtivuslik interferents ja kiirgusinterferents. Juhtivuslik interferents viitab signaalide sidestamisele (interferentsile) ühes elektrivõrgus teise elektrivõrku juhtiva keskkonna kaudu. Kiirgusinterferents viitab interferentsiallika signaali sidestamisele (interferentsile) teise elektrivõrku läbi ruumi. Kiirete trükkplaatide ja süsteemide projekteerimisel võivad kõrgsagedussignaaliliinid, integraallülituste tihvtid, mitmesugused pistikud jne muutuda antenni omadustega kiirgusinterferentsi allikateks, mis võivad kiirata elektromagnetlaineid ja mõjutada teisi süsteeme või süsteemi alamsüsteeme normaalse töö ajal.
PCB ja vooluringi häiretevastased meetmed
Trükkplaadi segamisvastane disain on tihedalt seotud konkreetse vooluringiga. Järgnevalt selgitame vaid mõningaid levinumaid trükkplaadi segamisvastase disaini meetmeid.
1. Toitejuhtme disain
Trükkplaadi voolu suuruse järgi proovige suurendada toiteliini laiust, et vähendada silmustakistust. Samal ajal viige toiteliini ja maandusliini suund vastavusse andmeedastuse suunaga, mis aitab parandada mürasummutusvõimet.
2. Maandusjuhtme disain
Eraldage digitaalne ja analoogne maandus. Kui trükkplaadil on nii loogikalülitused kui ka lineaarsed vooluringid, tuleks need võimalikult palju eraldada. Madalsagedusliku vooluringi maandus tuleks võimalikult palju ühest punktist paralleelselt maandada. Kui tegelik juhtmestik on keeruline, saab selle osaliselt järjestikku ühendada ja seejärel paralleelselt maandada. Kõrgsageduslik vooluring tuleks maandada mitmest punktist järjestikku, maandusjuhe peaks olema lühike ja paks ning kõrgsageduskomponendi ümber tuleks kasutada võrgutaolist suurepindalist maandusfooliumi.
Maandusjuhe peaks olema võimalikult paks. Kui maandusjuhtmena kasutatakse väga õhukest juhet, muutub maanduspotentsiaal koos vooluga, mis vähendab müratakistust. Seetõttu tuleks maandusjuhet paksendada, et see suudaks trükkplaadil läbi lasta kolm korda suuremat voolu kui lubatud. Võimalusel peaks maandusjuhe olema paksusega üle 2–3 mm.
Maandusjuhe moodustab suletud ahela. Ainult digitaalahelatest koosnevate trükkplaatide puhul on enamik maandusahelaid mürakindluse parandamiseks paigutatud ahelatesse.
3. Lahutuskondensaatori konfiguratsioon
Üks tavapäraseid trükkplaatide disaini meetodeid on konfigureerida sobivad lahtisiduvad kondensaatorid trükkplaadi igale võtmeosale.
Lahtisidumiskondensaatorite üldised konfiguratsioonipõhimõtted on järgmised:
① Ühendage toitesisendi külge 10–100 uF elektrolüütkondensaator. Võimalusel on parem ühendada kondensaator vähemalt 100 uF-ga.
②Põhimõtteliselt peaks iga integraallülituse kiip olema varustatud 0,01 pF keraamilise kondensaatoriga. Kui trükkplaadi vahe ei ole piisav, saab iga 4–8 kiibi kohta paigaldada 1–10 pF kondensaatori.
③Nõrga mürasummutusvõimega ja väljalülitatud olekus suurte võimsusmuutustega seadmete, näiteks RAM- ja ROM-mäluseadmete puhul tuleks lahtisidumiskondensaator ühendada otse toiteliini ja kiibi maandusliini vahele.
④Kondensaatori juhe ei tohiks olla liiga pikk, eriti kõrgsagedusliku möödaviigu kondensaatoril ei tohiks olla juhet.
4. Meetodid elektromagnetiliste häirete kõrvaldamiseks trükkplaatide disainis
①Vähenda silmuseid: Iga silmus on samaväärne antenniga, seega peame minimeerima silmuste arvu, silmuse pindala ja silmuse antenniefekti. Veenduge, et signaalil oleks kahes punktis ainult üks silmustee, vältige kunstlikke silmuseid ja proovige kasutada võimsuskihti.
②Filtreerimine: Filtreerimist saab kasutada elektromagnetiliste häirete vähendamiseks nii toite- kui ka signaaliliinil. Selleks on kolm meetodit: lahtisiduvad kondensaatorid, elektromagnetiliste häirete filtrid ja magnetilised komponendid.
③Kilp.
④ Püüdke vähendada kõrgsagedusseadmete kiirust.
5. Trükkplaadi dielektrilise konstandi suurendamine võib takistada kõrgsageduslike osade, näiteks plaadi lähedal asuva ülekandeliini, väljapoole kiirgumist; trükkplaadi paksuse suurendamine ja mikroribaliini paksuse minimeerimine võib takistada elektromagnetilise juhtme ülevoolu ja kiirgust.