Preprečevanje motenj je zelo pomemben člen v sodobnem načrtovanju vezij, ki neposredno odraža delovanje in zanesljivost celotnega sistema. Za inženirje tiskanih vezij je načrtovanje preprečevanja motenj ključna in težka točka, ki jo mora vsakdo obvladati.
Prisotnost motenj na tiskani vezju
V dejanskih raziskavah je bilo ugotovljeno, da obstajajo štiri glavne motnje pri načrtovanju tiskanih vezij: šum napajalnika, motnje daljnovodov, sklopitev in elektromagnetne motnje (EMI).
1. Hrup napajalnika
V visokofrekvenčnem vezju ima šum napajalnika še posebej očiten vpliv na visokofrekvenčni signal. Zato je prva zahteva za napajalnik nizek šum. Tukaj je čista ozemljitev prav tako pomembna kot čist vir napajanja.
2. Daljnovod
V tiskanem vezju sta možni le dve vrsti prenosnih vodov: trakasti vod in mikrovalovni vod. Največja težava pri prenosnih vodih je odboj. Odboj povzroča številne težave. Na primer, signal obremenitve bo superpozicija prvotnega signala in odmevnega signala, kar bo povečalo težavnost analize signala; odboj pa bo povzročil izgubo povratka (izguba povratka), kar bo vplivalo na signal. Vpliv je prav tako resen kot vpliv aditivnih motenj zaradi šuma.
3. Spajanje
Motenjski signal, ki ga generira vir motenj, povzroča elektromagnetne motnje elektronskemu krmilnemu sistemu prek določenega sklopnega kanala. Metoda motenjske sklopitve ni nič drugega kot delovanje na elektronski krmilni sistem prek žic, prostorov, skupnih vodov itd. Analiza vključuje predvsem naslednje vrste sklopitve: neposredna sklopitev, sklopitev s skupno impedanco, kapacitivna sklopitev, elektromagnetna indukcijska sklopitev, sevalna sklopitev itd.
4. Elektromagnetne motnje (EMI)
Elektromagnetne motnje EMI obstajajo v dveh vrstah: prevodne motnje in sevane motnje. Prevodne motnje se nanašajo na sklopitev (interferenco) signalov iz enega električnega omrežja v drugo električno omrežje prek prevodnega medija. Sevane motnje se nanašajo na sklopitev (interferenco) signala vira motenj v drugo električno omrežje prek prostora. Pri visokohitrostnih tiskanih vezij in sistemskem načrtovanju lahko visokofrekvenčne signalne linije, nožice integriranih vezij, različni konektorji itd. postanejo viri sevalnih motenj z antenskimi lastnostmi, ki lahko oddajajo elektromagnetne valove in vplivajo na druge sisteme ali druge podsisteme v sistemu pri normalnem delovanju.
Ukrepi proti motnjam na tiskanih vezjih in vezjih
Zasnova tiskanega vezja proti motnjam je tesno povezana s specifičnim vezjem. V nadaljevanju bomo podali le nekaj pojasnil o več običajnih ukrepih za zaščito tiskanih vezij pred motnjami.
1. Zasnova napajalnega kabla
Glede na velikost toka tiskanega vezja poskusite povečati širino daljnovoda, da zmanjšate upornost zanke. Hkrati uskladite smer daljnovoda in ozemljitvenega voda s smerjo prenosa podatkov, kar pomaga izboljšati sposobnost dušenja šuma.
2. Zasnova ozemljitvene žice
Ločite digitalno ozemljitev od analogne ozemljitve. Če so na tiskanem vezju logična in linearna vezja, jih je treba čim bolj ločiti. Ozemljitev nizkofrekvenčnega vezja je treba čim bolj vzporedno ozemljiti na eni točki. Če je dejansko ožičenje težavno, ga je mogoče delno priključiti zaporedno in nato vzporedno ozemljiti. Visokofrekvenčno vezje je treba ozemljiti na več točkah zaporedno, ozemljitvena žica mora biti kratka in debela, okoli visokofrekvenčne komponente pa je treba uporabiti mrežasto ozemljitveno folijo velike površine.
Ozemljitvena žica mora biti čim debelejša. Če se za ozemljitveno žico uporabi zelo tanka žica, se ozemljitveni potencial spreminja s tokom, kar zmanjša odpornost proti šumu. Zato je treba ozemljitveno žico odebeliti, tako da lahko prepušča trikratnik dovoljenega toka na tiskani plošči. Če je mogoče, mora biti ozemljitvena žica debelejša od 2~3 mm.
Ozemljitvena žica tvori zaprto zanko. Pri tiskanih ploščah, sestavljenih samo iz digitalnih vezij, je večina ozemljitvenih vezij razporejenih v zanke, da se izboljša odpornost proti šumu.
3. Konfiguracija ločilnega kondenzatorja
Ena od običajnih metod načrtovanja tiskanih vezij je konfiguracija ustreznih ločilnih kondenzatorjev na vsakem ključnem delu tiskanega vezja.
Splošna načela konfiguracije ločilnih kondenzatorjev so:
① Na vhod za napajanje priključite elektrolitski kondenzator z kapaciteto 10 ~ 100 uF. Če je mogoče, je bolje priključiti kondenzator z kapaciteto 100 uF ali več.
②Načeloma mora biti vsak integrirani čip opremljen s keramičnim kondenzatorjem 0,01 pF. Če reža na tiskani plošči ni zadostna, se lahko na vsakih 4~8 čipov namesti kondenzator 1-10 pF.
③Pri napravah s šibko sposobnostjo dušenja šuma in velikimi spremembami moči ob izklopu, kot so pomnilniške naprave RAM in ROM, je treba ločilni kondenzator neposredno priključiti med napajalni vod in ozemljitveni vod čipa.
④Priključek kondenzatorja ne sme biti predolg, zlasti visokofrekvenčni obvodni kondenzator ne sme imeti priključkov.
4. Metode za odpravo elektromagnetnih motenj pri načrtovanju tiskanih vezij
①Zmanjšanje zank: Vsaka zanka je enakovredna anteni, zato moramo čim bolj zmanjšati število zank, površino zanke in učinek antene. Zagotoviti je treba, da ima signal na kateri koli dveh točkah samo eno pot zanke, izogibati se umetnim zankam in poskusiti uporabiti močnostno plast.
②Filtriranje: Filtriranje se lahko uporabi za zmanjšanje elektromagnetnih motenj tako na daljnovodu kot na signalnem vodu. Obstajajo tri metode: ločilni kondenzatorji, EMI filtri in magnetne komponente.
③Ščit.
④ Poskusite zmanjšati hitrost visokofrekvenčnih naprav.
⑤ Povečanje dielektrične konstante tiskanega vezja lahko prepreči sevanje visokofrekvenčnih delov, kot je daljnovod blizu plošče, navzven; povečanje debeline tiskanega vezja in zmanjšanje debeline mikrotrakastega voda lahko prepreči preobremenitev elektromagnetne žice in tudi sevanje.