ضد تداخل یک پیوند بسیار مهم در طراحی مدار مدرن است که به طور مستقیم عملکرد و قابلیت اطمینان کل سیستم را منعکس می کند. برای مهندسان PCB، طراحی ضد تداخل نکته کلیدی و دشواری است که همه باید بر آن تسلط داشته باشند.
وجود تداخل در برد PCB
در تحقیقات واقعی، مشخص شده است که چهار تداخل اصلی در طراحی PCB وجود دارد: نویز منبع تغذیه، تداخل خط انتقال، کوپلینگ و تداخل الکترومغناطیسی (EMI).
۱. نویز منبع تغذیه
در مدار فرکانس بالا، نویز منبع تغذیه تأثیر بسیار واضحی بر سیگنال فرکانس بالا دارد. بنابراین، اولین الزام برای منبع تغذیه، نویز کم است. در اینجا، یک زمین تمیز به اندازه یک منبع تغذیه تمیز اهمیت دارد.
۲. خط انتقال
فقط دو نوع خط انتقال در یک PCB وجود دارد: خط نواری و خط مایکروویو. بزرگترین مشکل خطوط انتقال، انعکاس است. انعکاس مشکلات زیادی ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، سیگنال بار، روی هم قرار گرفتن سیگنال اصلی و سیگنال اکو خواهد بود که تجزیه و تحلیل سیگنال را دشوارتر می‌کند. انعکاس باعث تلفات بازگشتی (تلفات بازگشتی) می‌شود که بر سیگنال تأثیر می‌گذارد. تأثیر آن به اندازه تأثیر تداخل نویز افزایشی جدی است.
۳. کوپلینگ
سیگنال تداخل تولید شده توسط منبع تداخل باعث ایجاد تداخل الکترومغناطیسی در سیستم کنترل الکترونیکی از طریق یک کانال کوپلینگ خاص می‌شود. روش کوپلینگ تداخل چیزی بیش از اعمال بر روی سیستم کنترل الکترونیکی از طریق سیم‌ها، فضاها، خطوط مشترک و غیره نیست. تجزیه و تحلیل عمدتاً شامل انواع زیر است: کوپلینگ مستقیم، کوپلینگ امپدانس مشترک، کوپلینگ خازنی، کوپلینگ القایی الکترومغناطیسی، کوپلینگ تابشی و غیره.
۴. تداخل الکترومغناطیسی (EMI)
تداخل الکترومغناطیسی EMI دو نوع دارد: تداخل هدایتی و تداخل تابشی. تداخل هدایتی به اتصال (تداخل) سیگنال‌ها در یک شبکه الکتریکی به شبکه الکتریکی دیگر از طریق یک محیط رسانا اشاره دارد. تداخل تابشی به اتصال (تداخل) سیگنال منبع تداخل به شبکه الکتریکی دیگر از طریق فضا اشاره دارد. در طراحی PCB و سیستم با سرعت بالا، خطوط سیگنال فرکانس بالا، پین‌های مدار مجتمع، کانکتورهای مختلف و غیره ممکن است به منابع تداخل تابشی با ویژگی‌های آنتن تبدیل شوند که می‌توانند امواج الکترومغناطیسی ساطع کنند و بر سایر سیستم‌ها یا زیرسیستم‌های دیگر در سیستم تأثیر بگذارند. کار عادی.
اقدامات ضد تداخل PCB و مدار
طراحی ضد پارازیت برد مدار چاپی ارتباط نزدیکی با مدار خاص دارد. در ادامه، فقط توضیحاتی در مورد چندین اقدام رایج در طراحی ضد پارازیت برد مدار چاپی ارائه خواهیم داد.
۱. طراحی سیم برق
با توجه به اندازه جریان برد مدار چاپی، سعی کنید عرض خط برق را افزایش دهید تا مقاومت حلقه کاهش یابد. در عین حال، جهت خط برق و خط زمین را با جهت انتقال داده مطابقت دهید، که به افزایش قابلیت ضد نویز کمک می‌کند.
۲. طراحی سیم اتصال به زمین
زمین دیجیتال را از زمین آنالوگ جدا کنید. اگر هم مدارهای منطقی و هم مدارهای خطی روی برد مدار وجود داشته باشد، باید تا حد امکان از هم جدا شوند. زمین مدار فرکانس پایین باید تا حد امکان در یک نقطه به صورت موازی زمین شود. هنگامی که سیم کشی واقعی دشوار است، می‌توان آن را تا حدی به صورت سری متصل کرد و سپس به صورت موازی زمین کرد. مدار فرکانس بالا باید در چندین نقطه به صورت سری زمین شود، سیم زمین باید کوتاه و ضخیم باشد و از فویل زمین شبکه‌ای با مساحت بزرگ در اطراف مؤلفه فرکانس بالا استفاده شود.
سیم زمین باید تا حد امکان ضخیم باشد. اگر از یک خط بسیار نازک برای سیم اتصال زمین استفاده شود، پتانسیل اتصال زمین با جریان تغییر می‌کند که باعث کاهش مقاومت در برابر نویز می‌شود. بنابراین، سیم زمین باید ضخیم‌تر باشد تا بتواند سه برابر جریان مجاز را روی برد چاپی عبور دهد. در صورت امکان، سیم زمین باید بالای 2 تا 3 میلی‌متر باشد.
سیم زمین یک حلقه بسته تشکیل می‌دهد. برای بردهای چاپی که فقط از مدارهای دیجیتال تشکیل شده‌اند، بیشتر مدارهای اتصال زمین آنها به صورت حلقه‌هایی چیده شده‌اند تا مقاومت در برابر نویز بهبود یابد.
۳. پیکربندی خازن جداشونده
یکی از روش‌های مرسوم طراحی برد مدار چاپی، پیکربندی خازن‌های جداکننده مناسب در هر بخش کلیدی برد چاپی است.
اصول کلی پیکربندی خازن‌های دکوپلینگ عبارتند از:
۱. یک خازن الکترولیتی ۱۰ تا ۱۰۰ میکروفاراد را به ورودی برق وصل کنید. در صورت امکان، بهتر است به ۱۰۰ میکروفاراد یا بیشتر وصل کنید.
② در اصل، هر تراشه مدار مجتمع باید به یک خازن سرامیکی 0.01pF مجهز شود. اگر فاصله برد چاپی کافی نباشد، می‌توان برای هر 4 تا 8 تراشه، یک خازن 1 تا 10pF قرار داد.
③ برای دستگاه‌هایی که قابلیت ضد نویز ضعیفی دارند و هنگام خاموش شدن تغییرات توان زیادی دارند، مانند دستگاه‌های ذخیره‌سازی RAM و ROM، یک خازن جداکننده باید مستقیماً بین خط برق و خط زمین تراشه متصل شود.
④ سیم خازن نباید خیلی بلند باشد، به خصوص خازن بای‌پس فرکانس بالا نباید سیم داشته باشد.
۴. روش‌های حذف تداخل الکترومغناطیسی در طراحی PCB
① حلقه‌ها را کاهش دهید: هر حلقه معادل یک آنتن است، بنابراین باید تعداد حلقه‌ها، مساحت حلقه و اثر آنتن حلقه را به حداقل برسانیم. مطمئن شوید که سیگنال در هر دو نقطه فقط یک مسیر حلقه دارد، از حلقه‌های مصنوعی اجتناب کنید و سعی کنید از لایه قدرت استفاده کنید.
② فیلتر کردن: از فیلتر کردن می‌توان برای کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) هم در خط برق و هم در خط سیگنال استفاده کرد. سه روش وجود دارد: خازن‌های جداکننده، فیلترهای EMI و قطعات مغناطیسی.
۳- سپر.
④ سعی کنید سرعت دستگاه‌های فرکانس بالا را کاهش دهید.
⑤ افزایش ثابت دی‌الکتریک برد PCB می‌تواند از تابش قطعات فرکانس بالا مانند خط انتقال نزدیک به برد به بیرون جلوگیری کند؛ افزایش ضخامت برد PCB و به حداقل رساندن ضخامت خط میکرواستریپ می‌تواند از سرریز شدن سیم الکترومغناطیسی و همچنین تابش جلوگیری کند.