Ochrana pred rušením je veľmi dôležitým článkom v modernom návrhu obvodov, ktorý priamo odráža výkon a spoľahlivosť celého systému. Pre inžinierov dosiek plošných spojov je návrh ochrany pred rušením kľúčovým a náročným bodom, ktorý musí každý zvládnuť.
Prítomnosť rušenia na doske plošných spojov
V reálnom výskume sa zistilo, že v návrhu dosiek plošných spojov existujú štyri hlavné rušenia: šum napájacieho zdroja, rušenie prenosového vedenia, väzba a elektromagnetické rušenie (EMI).
1. Hluk napájacieho zdroja
Vo vysokofrekvenčnom obvode má šum napájacieho zdroja obzvlášť zjavný vplyv na vysokofrekvenčný signál. Preto je prvou požiadavkou na napájací zdroj nízky šum. Čisté uzemnenie je tu rovnako dôležité ako čistý zdroj energie.
2. Prenosové vedenie
V doske plošných spojov sú možné iba dva typy prenosových vedení: páskové vedenie a mikrovlnné vedenie. Najväčším problémom prenosových vedení je odraz. Odraz spôsobuje veľa problémov. Napríklad zaťažovací signál bude superpozíciou pôvodného signálu a signálu ozveny, čo zvýši náročnosť analýzy signálu; odraz spôsobí stratu odrazu (útlm odrazu), čo ovplyvní signál. Dopad je rovnako závažný ako vplyv aditívneho šumu.
3. Spojka
Rušiaci signál generovaný zdrojom rušenia spôsobuje elektromagnetické rušenie elektronického riadiaceho systému prostredníctvom určitého väzobného kanála. Spôsob rušenia nie je ničím iným ako pôsobením na elektronický riadiaci systém prostredníctvom vodičov, medzier, spoločných vedení atď. Analýza zahŕňa najmä nasledujúce typy: priama väzba, väzba so spoločnou impedanciou, kapacitná väzba, elektromagnetická indukčná väzba, radiačná väzba atď.
4. Elektromagnetické rušenie (EMI)
Elektromagnetické rušenie EMI má dva typy: vedené rušenie a vyžarované rušenie. Vedené rušenie sa vzťahuje na väzbu (interferenciu) signálov z jednej elektrickej siete do inej elektrickej siete prostredníctvom vodivého média. Vyžarované rušenie sa vzťahuje na väzbu (interferenciu) signálu zdroja rušenia do inej elektrickej siete cez priestor. Pri návrhu vysokorýchlostných dosiek plošných spojov a systémov sa vysokofrekvenčné signálové vedenia, piny integrovaných obvodov, rôzne konektory atď. môžu stať zdrojmi radiačného rušenia s charakteristikami antény, ktoré môžu vyžarovať elektromagnetické vlny a ovplyvňovať iné systémy alebo iné podsystémy v systéme pri normálnej prevádzke.
Opatrenia proti rušeniu na doskách plošných spojov a obvodoch
Návrh dosky plošných spojov proti rušeniu úzko súvisí s konkrétnym obvodom. Ďalej si uvedieme len niekoľko vysvetlení bežných opatrení návrhu dosky plošných spojov proti rušeniu.
1. Dizajn napájacieho kábla
V závislosti od veľkosti prúdu cez dosku plošných spojov sa snažte zväčšiť šírku elektrického vedenia, aby ste znížili odpor slučky. Zároveň zabezpečte, aby smer elektrického vedenia a uzemňovacieho vedenia zodpovedal smeru prenosu dát, čo pomôže zlepšiť schopnosť tlmenia šumu.
2. Návrh uzemňovacieho vodiča
Oddeľte digitálne uzemnenie od analógového uzemnenia. Ak sú na doske plošných spojov logické aj lineárne obvody, mali by byť čo najviac oddelené. Uzemnenie nízkofrekvenčného obvodu by malo byť čo najviac paralelne uzemnené v jednom bode. Ak je samotné zapojenie zložité, môže byť čiastočne zapojené sériovo a potom uzemnené paralelne. Vysokofrekvenčný obvod by mal byť uzemnený vo viacerých bodoch sériovo, uzemňovací vodič by mal byť krátky a hrubý a okolo vysokofrekvenčnej zložky by mala byť použitá mriežková veľkoplošná uzemňovacia fólia.
Uzemňovací vodič by mal byť čo najhrubší. Ak sa pre uzemňovací vodič použije veľmi tenký vodič, uzemňovací potenciál sa mení s prúdom, čo znižuje odpor šumu. Preto by mal byť uzemňovací vodič hrubší, aby prepúšťal trojnásobok povoleného prúdu na doske plošných spojov. Ak je to možné, uzemňovací vodič by mal mať priemer väčší ako 2~3 mm.
Uzemňovací vodič tvorí uzavretú slučku. Pri doskách plošných spojov zložených iba z digitálnych obvodov je väčšina uzemňovacích obvodov usporiadaná do slučiek, aby sa zlepšila odolnosť proti šumu.
3. Konfigurácia oddeľovacieho kondenzátora
Jednou z konvenčných metód návrhu dosiek plošných spojov je konfigurácia vhodných oddeľovacích kondenzátorov na každej kľúčovej časti dosky plošných spojov.
Všeobecné princípy konfigurácie oddeľovacích kondenzátorov sú:
① Na vstup napájania pripojte elektrolytický kondenzátor s kapacitou 10 ~ 100 uF. Ak je to možné, je lepšie pripojiť kondenzátor s kapacitou 100 uF alebo viac.
②V zásade by mal byť každý integrovaný obvod vybavený keramickým kondenzátorom s kapacitou 0,01 pF. Ak medzera na doske plošných spojov nie je dostatočná, je možné na každých 4 až 8 čipov umiestniť kondenzátor s kapacitou 1 – 10 pF.
③Pri zariadeniach so slabou schopnosťou potlačenia šumu a veľkými zmenami výkonu pri vypnutí, ako sú pamäťové zariadenia RAM a ROM, by mal byť oddeľovací kondenzátor priamo zapojený medzi napájací vodič a uzemňovací vodič čipu.
④Vývod kondenzátora by nemal byť príliš dlhý, najmä vysokofrekvenčný bypassový kondenzátor by nemal mať vývod.
4. Metódy na elimináciu elektromagnetického rušenia pri návrhu dosiek plošných spojov
①Zníženie počtu slučiek: Každá slučka je ekvivalentná anténe, takže musíme minimalizovať počet slučiek, plochu slučky a anténny efekt slučky. Zabezpečte, aby signál mal v ľubovoľných dvoch bodoch iba jednu slučkovú cestu, vyhnite sa umelým slučkám a snažte sa využiť výkonovú vrstvu.
②Filtrovanie: Filtrovanie sa môže použiť na zníženie EMI na elektrickom aj signálnom vedení. Existujú tri metódy: oddeľovacie kondenzátory, EMI filtre a magnetické komponenty.
③Štít.
④ Pokúste sa znížiť rýchlosť vysokofrekvenčných zariadení.
⑤ Zvýšenie dielektrickej konštanty dosky plošných spojov môže zabrániť vyžarovaniu vysokofrekvenčných častí, ako je napríklad prenosové vedenie v blízkosti dosky; zväčšenie hrúbky dosky plošných spojov a minimalizácia hrúbky mikropáskového vedenia môže zabrániť pretečeniu elektromagnetického vodiča a tiež zabrániť vyžarovaniu.