Помехозащищённость — важнейший элемент современной схемотехники, напрямую влияющий на производительность и надёжность всей системы. Для инженеров печатных плат помехозащищённость — ключевой и сложный аспект, которым должен овладеть каждый.

Наличие помех на печатной плате
В ходе реальных исследований было обнаружено, что при проектировании печатных плат существуют четыре основных вида помех: шум источника питания, помехи линии передачи, сопряжение и электромагнитные помехи (ЭМП).

1. Шум блока питания
В высокочастотной цепи шум источника питания оказывает особенно заметное влияние на высокочастотный сигнал. Поэтому первым требованием к источнику питания является низкий уровень шума. Здесь чистое заземление так же важно, как и чистый источник питания.

2. Линия электропередачи
На печатной плате возможны только два типа линий передачи: полосковая и микроволновая. Самая большая проблема с линиями передачи — это отражение. Отражение создаёт множество проблем. Например, сигнал нагрузки будет представлять собой суперпозицию исходного сигнала и эхо-сигнала, что усложнит анализ сигнала; отражение приведёт к обратным потерям (обратным потерям), которые повлияют на сигнал. Влияние этих потерь столь же серьёзно, как и влияние аддитивных шумовых помех.

3. Муфта
Сигнал помехи, генерируемый источником помех, вызывает электромагнитные помехи в электронной системе управления через определённый канал связи. Метод связи заключается в воздействии на электронную систему управления через провода, промежутки, общие линии и т. д. Анализ включает в себя, главным образом, следующие типы связи: прямая связь, связь через общее сопротивление, ёмкостная связь, связь через электромагнитную индукцию, связь через излучение и т. д.

4. Электромагнитные помехи (ЭМП)
Электромагнитные помехи (ЭМП) бывают двух типов: кондуктивные и излучаемые. Кондуктивные помехи – это взаимодействие (взаимное влияние) сигналов из одной электрической сети с другой через проводящую среду. Излучаемые помехи – это взаимодействие (взаимное влияние) источника помех с другой электрической сетью через пространство. В высокоскоростных печатных платах и ​​системах высокочастотные сигнальные линии, выводы интегральных схем, различные разъемы и т. д. могут стать источниками помех с антенными характеристиками, которые могут излучать электромагнитные волны и влиять на нормальную работу других систем или подсистем.

Меры защиты от помех на печатных платах и ​​схемах
Конструкция печатной платы, обеспечивающая помехоустойчивость, тесно связана с конкретной схемой. Далее мы лишь кратко рассмотрим несколько распространённых мер по защите печатных плат от помех.

1. Конструкция шнура питания
В зависимости от величины тока печатной платы попробуйте увеличить ширину линии питания, чтобы уменьшить сопротивление контура. При этом направление линии питания и линии заземления должно соответствовать направлению передачи данных, что поможет повысить помехоустойчивость.

2. Конструкция заземляющего провода
Разделите цифровое заземление от аналогового. Если на печатной плате присутствуют как логические, так и линейные схемы, их следует максимально разнести. Заземление низкочастотной схемы следует заземлять параллельно в одной точке, насколько это возможно. При затрудненном подключении можно частично соединить проводники последовательно, а затем заземлить параллельно. Высокочастотную схему следует заземлять в нескольких точках последовательно, провод заземления должен быть коротким и толстым, а вокруг высокочастотного компонента следует использовать сетчатую заземляющую фольгу большой площади.

Провод заземления должен быть максимально толстым. Если использовать очень тонкий провод заземления, потенциал заземления будет меняться в зависимости от тока, что снижает помехоустойчивость. Поэтому провод заземления следует утолщать, чтобы он мог пропускать ток, в три раза превышающий допустимый на печатной плате. По возможности, сечение провода заземления должно быть 2–3 мм.

Провод заземления образует замкнутый контур. В печатных платах, состоящих только из цифровых схем, большинство цепей заземления организованы в контуры для повышения помехоустойчивости.

3. Конфигурация развязывающего конденсатора
Одним из традиционных методов проектирования печатных плат является установка соответствующих развязывающих конденсаторов на каждой ключевой части печатной платы.

Общие принципы конфигурации развязывающих конденсаторов следующие:

① Подключите электролитический конденсатор ёмкостью 10 ~ 100 мкФ параллельно входу питания. Если возможно, лучше использовать ёмкость 100 мкФ или более.

②В принципе, каждая микросхема должна быть оснащена керамическим конденсатором ёмкостью 0,01 пФ. Если зазора на печатной плате недостаточно, можно установить конденсатор ёмкостью 1–10 пФ на каждые 4–8 микросхем.

③Для устройств со слабой помехоустойчивостью и большими изменениями мощности в выключенном состоянии, таких как запоминающие устройства ОЗУ и ПЗУ, развязывающий конденсатор должен быть напрямую подключен между линией питания и линией заземления микросхемы.

④Вывод конденсатора не должен быть слишком длинным, особенно высокочастотный шунтирующий конденсатор не должен иметь выводов.

4. Методы устранения электромагнитных помех при проектировании печатных плат

①Уменьшение количества петель: каждая петля эквивалентна антенне, поэтому необходимо минимизировать количество петель, их площадь и эффект антенны. Убедитесь, что сигнал проходит только одну петлю в любых двух точках, избегайте искусственных петель и старайтесь использовать слой мощности.

②Фильтрация: Фильтрация может использоваться для снижения электромагнитных помех как в линии питания, так и в сигнальной линии. Существует три метода: развязывающие конденсаторы, фильтры электромагнитных помех и магнитные компоненты.

③Щит.

④ Попробуйте снизить скорость высокочастотных устройств.

⑤ Увеличение диэлектрической проницаемости печатной платы может предотвратить излучение наружу высокочастотных деталей, таких как линия передачи, расположенная близко к плате; увеличение толщины печатной платы и минимизация толщины микрополосковой линии могут предотвратить переполнение электромагнитного провода, а также предотвратить излучение.