Pesquisa sobre Anti-interferência de PCB de Alta Frequência
No projeto de placas PCB, como a frequência aumenta rapidamente, haverá muitas interferências que são diferentes do projeto de placas PCB de baixa frequência. Além disso, à medida que a frequência aumenta, a contradição entre a miniaturização e o baixo custo das placas de PCB tem se tornado cada vez mais proeminente. Estas perturbações estão a tornar-se cada vez mais complicadas. Na pesquisa atual, concluímos que existem quatro interferências principais, incluindo ruído da fonte de alimentação, interferência da linha de transmissão, acoplamento e interferência eletromagnética (EMI). Através da análise de vários problemas de interferência de PCB de alta frequência, combinada com a prática no trabalho, uma solução eficaz é proposta.
Ruído da fonte de alimentação Em
circuitos de alta frequência, o ruído da fonte de alimentação tem um impacto particularmente óbvio sobre os sinais de alta frequência. Portanto, o primeiro requisito é que a fonte de alimentação seja de baixo ruído. Aqui, um terreno limpo é tão importante quanto uma fonte de energia limpa. Por que? As características da fonte de alimentação são mostradas na Figura 1. Obviamente, a fonte de alimentação tem uma certa impedância, e a impedância é distribuída em toda a fonte de alimentação, portanto, o ruído também será sobreposto à fonte de alimentação. Em seguida, devemos reduzir a impedância da fonte de alimentação tanto quanto possível, por isso é melhor ter uma camada de energia dedicada e camada de terra. No projeto de circuitos de alta frequência, a fonte de alimentação é projetada na forma de camadas, e na maioria dos casos é muito melhor do que o projeto na forma de um barramento, para que o loop possa sempre seguir o caminho com a menor impedância. Além disso, a placa de alimentação tem que fornecer um loop de sinal para todos os sinais gerados e recebidos na PCB, para que o loop de sinal possa ser minimizado, reduzindo assim o ruído, que muitas vezes é negligenciado pelos projetistas de circuitos de baixa frequência.
Há várias maneiras de eliminar o ruído da fonte de alimentação no projeto de PCB.
1. Preste atenção aos orifícios de passagem na placa: os orifícios de passagem fazem com que a camada de energia precise de aberturas para deixar espaço para a passagem dos orifícios. Se a abertura da camada de energia for muito grande, isso inevitavelmente afetará o loop de sinal, o sinal é forçado a desviar, a área do loop aumenta e o ruído aumenta. Ao mesmo tempo, se algumas linhas de sinal estiverem concentradas perto da abertura e compartilharem esse loop, a impedância comum causará crosstalk.
2. Fios de conexão precisam de fios terra suficientes: cada sinal precisa ter seu próprio loop de sinal proprietário, e a área de loop de ?? O sinal e o loop devem ser os menores possíveis, ou seja, o sinal e o loop devem ser paralelos.
3. A fonte de alimentação analógica e digital deve ser separada: os dispositivos de alta frequência são geralmente muito sensíveis ao ruído digital, por isso os dois devem ser separados e conectados juntos na entrada da fonte de alimentação. Se o sinal precisar atravessar as partes analógica e digital, ele pode ser colocado um loop na travessia para reduzir a área de loop.
4. Evite a sobreposição de fontes de alimentação separadas entre diferentes camadas: caso contrário, o ruído do circuito é facilmente acoplado através da capacitância parasita.
5. Isolar componentes sensíveis: como PLL.
6. Coloque a linha de energia: Para reduzir o loop de sinal, reduza o ruído colocando a linha de energia na borda da linha de sinal
Pesquisa anti-interferência de PCB de alta frequência
Há apenas duas linhas de transmissão possíveis em PCB: linha de tira e linha de micro-ondas. O maior problema da linha de transmissão é a reflexão. A reflexão causará muitos problemas. Por exemplo, o sinal de carga será o sinal original e o sinal de eco. A superposição aumenta a dificuldade de análise do sinal; A reflexão causará perda de retorno (perda de retorno), e seu impacto no sinal é tão grave quanto o impacto da interferência de ruído aditivo:
1. O sinal refletido de volta para a fonte de sinal aumentará o ruído do sistema e fará a recepção É mais difícil para a máquina distinguir o ruído do sinal;
2. Qualquer sinal refletido irá basicamente degradar a qualidade do sinal e alterar a forma do sinal de entrada. De um modo geral, a solução é principalmente a correspondência de impedância (por exemplo, a impedância de interconexão deve corresponder muito bem à impedância do sistema), mas às vezes o cálculo de impedância é mais problemático. Você pode consultar algum software de cálculo de impedância de linha de transmissão.
Os métodos para eliminar a interferência da linha de transmissão no projeto da PCB são os seguintes:
(a) Evitar descontinuidades de impedância da linha de transmissão. O ponto onde a impedância é descontínua é o ponto onde a linha de transmissão tem mudanças bruscas, como curvas retas, vias, etc., que devem ser evitadas ao máximo. Os métodos são: evitar cantos retos do traçado, tentar ir para ângulos ou arcos de 45° tanto quanto possível, e grandes curvas também são possíveis; use vias o mínimo possível, porque cada via é um ponto de descontinuidade de impedância, e o sinal da camada externa não deve passar pela camada interna, e vice-versa.
(b) Não use linhas de estaca. Porque qualquer esboço é uma fonte de ruído. Se a linha de stub for curta, você pode terminá-la no final da linha de transmissão; Se a linha de stub for longa, a linha de transmissão principal será usada como fonte, o que causará grandes reflexões e complicará o problema, por isso não é recomendado usá-la.
Acoplamento
1. Acoplamento de impedância comum: É um canal de acoplamento comum, ou seja, a fonte de interferência e o dispositivo interferido muitas vezes compartilham certos condutores (como potência de loop, barramento, terra comum, etc.).
2. O acoplamento de modo comum de campo fará com que a fonte de radiação cause tensão de modo comum no loop formado pelo circuito interferido e pelo plano de referência comum. Se o campo magnético for dominante, o valor da tensão de modo comum gerada no loop de terra da série é Vcm=-(△B/△t)*área (△B=mudança na intensidade de indução magnética). Se é um campo eletromagnético, sabe-se Quando seu valor de campo elétrico, sua tensão induzida: Vcm=(L*h*F*E)/48, a fórmula é aplicável a L(m)=150MHz ou menos, além deste limite, o cálculo da tensão máxima induzida pode ser simplificado como: Vcm= 2*h*E.
3. Acoplamento de campo de modo diferencial: refere-se à radiação direta induzida e recebida pelo par de fios ou pelo cabo na placa de circuito e seu loop. Se for o mais próximo possível dos dois fios. Este acoplamento será bastante reduzido, de modo que dois fios podem ser torcidos juntos para reduzir a interferência.
4. O acoplamento entre linhas (crosstalk) pode tornar qualquer linha igual a um acoplamento indesejável entre circuitos paralelos, o que prejudicará seriamente o desempenho do sistema. Seus tipos podem ser divididos em crosstalk capacitivo e crosstalk indutivo. A primeira porque a capacitância parasita entre as linhas faz com que o ruído na fonte de ruído acoplado à linha receptora de ruído através da injeção de corrente; Este último pode ser imaginado como o acoplamento do sinal entre os estágios primário e secundário de um transformador parasita indesejável. A magnitude do crosstalk indutivo depende da proximidade das duas alças e do tamanho da área da alça, bem como da impedância da carga afetada.
5. Acoplamento de linhas de energia: refere-se a que, após as linhas de energia CA ou CC serem submetidas a interferências eletromagnéticas, as linhas de energia transmitem essas interferências para outros dispositivos.
Existem várias maneiras de eliminar o crosstalk no design de PCB:
1. Ambos os tipos de crosstalk aumentam com o aumento da impedância de carga, de modo que as linhas de sinal que são sensíveis à interferência causada pelo crosstalk devem ser terminadas corretamente.
2. Aumente a distância entre as linhas de sinal tanto quanto possível para reduzir efetivamente o crosstalk capacitivo. Realize o gerenciamento da camada de solo, faça espaçamento entre fiação (por exemplo, isole linhas de sinal ativas e fios de terra, especialmente entre linhas de sinal que têm estados de transição e terra) e reduza a indutância de chumbo.
3. Inserir um fio terra entre fios de sinal adjacentes também pode efetivamente reduzir o crosstalk capacitivo. Esse fio terra precisa ser conectado ao solo a cada 1/4 de comprimento de onda.
4. Para o crosstalk indutivo, a área do loop deve ser reduzida tanto quanto possível e, se permitido, esse loop deve ser eliminado.
5. Evite loops de compartilhamento de sinal.
6. Foco na integridade do sinal: O projetista deve implementar a terminação durante o processo de soldagem para resolver a integridade do sinal. Os projetistas que adotam este método podem se concentrar no comprimento da microtira da folha de cobre de proteção, a fim de obter um bom desempenho de integridade do sinal. Para sistemas que usam conectores densos na estrutura de comunicação, o designer pode usar uma PCB para terminação.
Interferência eletromagnética
À medida que a velocidade aumenta, o EMI se tornará cada vez mais grave, e se manifestará em muitos aspectos (como interferência eletromagnética na interconexão), os dispositivos de alta velocidade são particularmente sensíveis a isso, receberão sinal falso de alta velocidade e os dispositivos de baixa velocidade ignorarão esses sinais falsos.
Existem várias maneiras de eliminar a interferência eletromagnética no projeto de PCB:
1. Reduza loops: cada loop é equivalente a uma antena, então precisamos minimizar o número de loops, área de loop e efeito de antena loop. Certifique-se de que o sinal tenha apenas um caminho de loop em dois pontos, evite loops artificiais e tente usar a camada de energia.
2. Filtragem: A filtragem pode ser usada para reduzir o EMI tanto na linha de energia quanto na linha de sinal. Existem três métodos: capacitores de desacoplamento, filtros EMI e componentes magnéticos.
3. Blindagem. Devido a questões de espaço e muitos artigos discutindo bloqueio, não vou apresentá-los em detalhes.
4. Tente reduzir a velocidade dos dispositivos de alta frequência.
5. Aumentar a constante dielétrica da placa PCB pode impedir que peças de alta frequência, como a linha de transmissão próxima à placa, irradiem para fora; aumentar a espessura da placa PCB e minimizar a espessura da linha de microtira pode impedir que o fio eletromagnético transborde, e também pode impedir a radiação.
Neste ponto da discussão, podemos resumir que, no projeto de PCB de alta frequência, devemos seguir os seguintes princípios:
1. O poder e o solo são unificados e estáveis.
2. Fiação cuidadosa e terminação adequada podem eliminar reflexos.
3. A fiação cuidadosa e a terminação adequada podem reduzir o crosstalk capacitivo e indutivo.
4. É necessário suprimir o ruído para atender aos requisitos da EMC.