Prettraucējumu dizains ir ļoti svarīga saikne mūsdienu shēmu projektēšanā, kas tieši atspoguļo visas sistēmas veiktspēju un uzticamību. PCB inženieriem prettraucējumu dizains ir galvenais un sarežģītais punkts, kas ikvienam jāapgūst.
Traucējumu klātbūtne PCB plates iekšienē
Faktiskajos pētījumos ir atklāts, ka PCB dizainā ir četri galvenie traucējumi: barošanas avota troksnis, pārvades līnijas traucējumi, savienojums un elektromagnētiskie traucējumi (EMI).
1. Barošanas avota troksnis
Augstfrekvences ķēdē barošanas avota troksnim ir īpaši izteikta ietekme uz augstfrekvences signālu. Tāpēc pirmā prasība barošanas avotam ir zems trokšņu līmenis. Šeit tīra zemējuma nodrošināšana ir tikpat svarīga kā tīrs barošanas avots.
2. Pārvades līnija
PCB ir iespējami tikai divu veidu pārraides līnijas: sloksnes līnija un mikroviļņu līnija. Lielākā problēma ar pārraides līnijām ir atstarošana. Atstarošana radīs daudzas problēmas. Piemēram, slodzes signāls būs sākotnējā signāla un atbalss signāla superpozīcija, kas apgrūtinās signāla analīzi; atstarošana radīs atstarošanas zudumus (atgriezes zudumus), kas ietekmēs signālu. Ietekme ir tikpat nopietna kā aditīvo trokšņu radītie traucējumi.
3. Savienošana
Traucējumu avota radītais traucējumu signāls rada elektromagnētiskos traucējumus elektroniskajai vadības sistēmai caur noteiktu savienojuma kanālu. Traucējumu savienojuma metode ir nekas vairāk kā iedarbošanās uz elektronisko vadības sistēmu caur vadiem, atstarpēm, kopējām līnijām utt. Analīzē galvenokārt iekļauti šādi veidi: tiešā savienošana, kopējās impedances savienošana, kapacitatīvā savienošana, elektromagnētiskā indukcijas savienošana, starojuma savienošana utt.
4. Elektromagnētiskie traucējumi (EMI)
Elektromagnētiskie traucējumi (EMI) ir divu veidu: vadītie traucējumi un izstarotie traucējumi. Vadītie traucējumi attiecas uz signālu savienošanu (traucējumiem) vienā elektriskajā tīklā ar citu elektrisko tīklu caur vadošu vidi. Izstarotie traucējumi attiecas uz traucējumu avota signāla savienošanu (traucējumiem) ar citu elektrisko tīklu caur telpu. Ātrdarbīgu PCB un sistēmu projektēšanā augstfrekvences signālu līnijas, integrēto shēmu tapas, dažādi savienotāji utt. var kļūt par starojuma traucējumu avotiem ar antenas īpašībām, kas var izstarot elektromagnētiskos viļņus un ietekmēt citas sistēmas vai citas sistēmas apakšsistēmas normālas darbības laikā.
PCB un shēmas traucējumu novēršanas pasākumi
Iespiedshēmas plates prettraucēšanas konstrukcija ir cieši saistīta ar konkrēto shēmu. Tālāk mēs sniegsim tikai dažus paskaidrojumus par vairākiem izplatītākajiem PCB prettraucēšanas konstrukcijas pasākumiem.
1. Strāvas vada dizains
Atbilstoši iespiedshēmas plates strāvas lielumam mēģiniet palielināt strāvas līnijas platumu, lai samazinātu cilpas pretestību. Vienlaikus pārliecinieties, ka strāvas līnijas un zemējuma līnijas virziens atbilst datu pārraides virzienam, kas palīdz uzlabot trokšņu slāpēšanas spējas.
2. Zemējuma vada konstrukcija
Atdaliet digitālo zemējumu no analogā zemējuma. Ja shēmas platē ir gan loģiskās, gan lineārās shēmas, tās pēc iespējas jāatdala. Zemfrekvences ķēdes zemējums pēc iespējas paralēli jāiezemē vienā punktā. Ja faktiskā elektroinstalācija ir sarežģīta, to var daļēji savienot virknē un pēc tam iezemēt paralēli. Augstfrekvences ķēde jāiezemē vairākos punktos virknē, zemējuma vadam jābūt īsam un resnam, un ap augstfrekvences komponentu jāizmanto režģveida liela laukuma zemējuma folija.
Zemējuma vadam jābūt pēc iespējas biezākam. Ja zemējuma vadam tiek izmantota ļoti plāna līnija, zemējuma potenciāls mainās atkarībā no strāvas, kas samazina trokšņa pretestību. Tāpēc zemējuma vadam jābūt biezākam, lai tas varētu pārvadīt trīs reizes lielāku strāvu par pieļaujamo uz iespiedplates. Ja iespējams, zemējuma vadam jābūt biezākam par 2–3 mm.
Zemējuma vads veido slēgtu cilpu. Iespiedshēmu platēm, kas sastāv tikai no digitālajām shēmām, lielākā daļa zemējuma ķēžu ir izvietotas cilpās, lai uzlabotu trokšņu izturību.
3. Atvienošanas kondensatora konfigurācija
Viena no tradicionālajām PCB dizaina metodēm ir konfigurēt atbilstošus atvienošanas kondensatorus katrā iespiedplates galvenajā daļā.
Atvienojošo kondensatoru vispārējie konfigurācijas principi ir šādi:
① Pievienojiet barošanas ieejai 10–100 µF elektrolītisko kondensatoru. Ja iespējams, labāk ir pievienot 100 µF vai lielāku kondensatoru.
②Principā katrai integrētās shēmas mikroshēmai jābūt aprīkotai ar 0,01 pF keramikas kondensatoru. Ja iespiedplates sprauga nav pietiekama, uz katrām 4–8 mikroshēmām var uzstādīt 1–10 pF kondensatoru.
③Ierīcēm ar vāju trokšņu slāpēšanas spēju un lielām jaudas izmaiņām izslēgšanas laikā, piemēram, RAM un ROM atmiņas ierīcēm, atvienošanas kondensatoram jābūt tieši savienotam starp mikroshēmas barošanas līniju un zemējuma līniju.
④Kondensatora vadam nevajadzētu būt pārāk garam, it īpaši augstfrekvences apvada kondensatoram nevajadzētu būt vadam.
4. Elektromagnētisko traucējumu novēršanas metodes PCB projektēšanā
①Cilpu samazināšana: Katra cilpa ir līdzvērtīga antenai, tāpēc mums ir jāsamazina cilpu skaits, cilpas laukums un cilpas antenas efekts. Pārliecinieties, ka signālam ir tikai viens cilpas ceļš jebkuros divos punktos, izvairieties no mākslīgām cilpām un mēģiniet izmantot jaudas slāni.
②Filtrēšana: Filtrēšanu var izmantot, lai samazinātu EMI gan elektrotīklā, gan signāla līnijā. Ir trīs metodes: atvienošanas kondensatori, EMI filtri un magnētiskās komponentes.
③Aizsargs.
④ Centieties samazināt augstfrekvences ierīču ātrumu.
5. Palielinot PCB plates dielektrisko konstanti, var novērst augstfrekvences detaļu, piemēram, plates tuvumā esošās pārvades līnijas, starojuma izplatīšanos uz āru; palielinot PCB plates biezumu un samazinot mikrolentes līnijas biezumu, var novērst elektromagnētiskā vada pārplūšanu un starojumu.