Pesquisa sobre anti-interferência de PCB de alta frequência
No projeto de placas PCB, à medida que a frequência aumenta rapidamente, haverá muitas interferências diferentes do design 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 PCB tornou-se cada vez mais proeminente. Esses distúrbios estão se tornando cada vez mais complicados. Na pesquisa real, concluímos que existem quatro interferências principais, incluindo ruído da fonte de alimentação, interferência na linha de transmissão, acoplamento e interferência eletromagnética (EMI). Através da análise de vários problemas de interferência de PCB de alta frequência, combinados com a prática no trabalho, é proposta uma solução eficaz.
Ruído da fonte de alimentação In
circuitos de alta frequência, o ruído da fonte de alimentação tem um impacto particularmente óbvio nos sinais de alta frequência. Portanto, o primeiro requisito é que a fonte de alimentação seja de baixo ruído. Aqui, um solo limpo é tão importante quanto uma fonte de alimentação 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 o máximo possível, por isso é melhor ter uma camada de energia dedicada e uma camada de aterramento. No projeto de circuito 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 deve fornecer um loop de sinal para todos os sinais gerados e recebidos no 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.
Existem várias maneiras de eliminar o ruído da fonte de alimentação no design do PCB.
1. Preste atenção aos orifícios passantes na placa: os orifícios passantes fazem com que a camada de energia precise gravar as aberturas para deixar espaço para a passagem dos orifícios passantes. Se a abertura da camada de energia for muito grande, isso inevitavelmente afetará o loop de sinal, o sinal é forçado a ignorar, 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 diafonia.
2. Os fios de conexão precisam de fios terra suficientes: cada sinal precisa ter seu próprio loop de sinal proprietário e a área do 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 da fonte de alimentação analógica e digital deve ser separada: os dispositivos de alta frequência são geralmente muito sensíveis ao ruído digital, portanto, os dois devem ser separados e conectados na entrada da fonte de alimentação. Se o sinal precisar cruzar as partes analógica e digital, pode ser Coloque um loop no cruzamento para reduzir a área do loop.
4. Evite a sobreposição de fontes de alimentação separadas entre diferentes camadas: caso contrário, o ruído do circuito é facilmente acoplado por meio de capacitância parasita.
5. Isole 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
Existem apenas duas linhas de transmissão possíveis no PCB: linha de tira e linha de microondas. 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 de sinais; A reflexão causará perda de retorno (perda de retorno), e seu impacto no sinal é tão sério 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 tornará a recepção É mais difícil para a máquina distinguir o ruído do sinal;
2. Qualquer sinal refletido basicamente degradará a qualidade do sinal e mudará 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 da 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 de 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 apresenta mudanças abruptas, como cantos retos, vias, etc., que devem ser evitadas ao máximo. Os métodos são: evite cantos retos do traço, tente ir para ângulos ou arcos de 45° o máximo 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 encerrá-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 reflexos e complicará o problema, por isso não é recomendável usá-la.
Acoplamento
1. Acoplamento de impedância comum: É um canal de acoplamento comum, ou seja, a fonte de interferência e o dispositivo interferido geralmente compartilham certos condutores (como alimentação 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 aterramento em série é Vcm = - (△B / △t) * área (△B = mudança na intensidade da indução magnética). Se for um campo eletromagnético, é conhecido 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 fio condutor na placa de circuito e seu loop. Se estiver 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 (diafonia) pode tornar qualquer linha igual ao acoplamento indesejável entre circuitos paralelos, o que prejudicará seriamente o desempenho do sistema. Seus tipos podem ser divididos em diafonia capacitiva e diafonia indutiva. O primeiro ocorre porque a capacitância parasita entre as linhas faz com que o ruído na fonte de ruído seja acoplado à linha receptora de ruído por meio de 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 da diafonia indutiva depende da proximidade dos dois loops e do tamanho da área do loop, bem como da impedância da carga afetada.
5. Acoplamento de linhas de energia: refere-se a que, depois que as linhas de energia CA ou CC são submetidas a interferência eletromagnética, as linhas de energia transmitem essas interferências para outros dispositivos.
Existem várias maneiras de eliminar a diafonia no design de PCB:
1. Ambos os tipos de diafonia aumentam com o aumento da impedância de carga, portanto, as linhas de sinal sensíveis à interferência causada pela diafonia devem ser encerradas adequadamente.
2. Aumente a distância entre as linhas de sinal o máximo possível para reduzir efetivamente a diafonia capacitiva. Realize o gerenciamento da camada de aterramento, faça o espaçamento entre a fiação (por exemplo, isole linhas de sinal ativas e fios terra, especialmente entre linhas de sinal que têm estados de transição e terra) e reduza a indutância do cabo.
3. A inserção de um fio terra entre os fios de sinal adjacentes também pode reduzir efetivamente a diafonia capacitiva. Este fio terra precisa ser conectado ao terra a cada 1/4 de comprimento de onda.
4. Para diafonia indutiva, a área do loop deve ser reduzida o máximo possível e, se permitido, esse loop deve ser eliminado.
5. Evite loops de compartilhamento de sinal.
6. Concentre-se 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 esse método podem se concentrar no comprimento da microfita da folha de cobre de blindagem para obter um bom desempenho de integridade do sinal. Para sistemas que usam conectores densos na estrutura de comunicação, o projetista pode usar um PCB para terminação.
Interferência eletromagnética
À medida que a velocidade aumenta, a EMI se tornará cada vez mais séria e se manifestará em muitos aspectos (como interferência eletromagnética na interconexão), os dispositivos de alta velocidade são particularmente sensíveis a isso, receberão sinais falsos 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 os loops: cada loop é equivalente a uma antena, então precisamos minimizar o número de loops, a área do loop e o efeito da antena do 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 a 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 problemas 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 microfita 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 a terra são unificados e estáveis.
2. A fiação cuidadosa e a terminação adequada podem eliminar reflexos.
3. A fiação cuidadosa e a terminação adequada podem reduzir a diafonia capacitiva e indutiva.
4. É necessário suprimir o ruído para atender aos requisitos de EMC.
Ruído da fonte de alimentação In
circuitos de alta frequência, o ruído da fonte de alimentação tem um impacto particularmente óbvio nos sinais de alta frequência. Portanto, o primeiro requisito é que a fonte de alimentação seja de baixo ruído. Aqui, um solo limpo é tão importante quanto uma fonte de alimentação 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 o máximo possível, por isso é melhor ter uma camada de energia dedicada e uma camada de aterramento. No projeto de circuito 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 deve fornecer um loop de sinal para todos os sinais gerados e recebidos no 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.
Existem várias maneiras de eliminar o ruído da fonte de alimentação no design do PCB.
1. Preste atenção aos orifícios passantes na placa: os orifícios passantes fazem com que a camada de energia precise gravar as aberturas para deixar espaço para a passagem dos orifícios passantes. Se a abertura da camada de energia for muito grande, isso inevitavelmente afetará o loop de sinal, o sinal é forçado a ignorar, 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 diafonia.
2. Os fios de conexão precisam de fios terra suficientes: cada sinal precisa ter seu próprio loop de sinal proprietário e a área do 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 da fonte de alimentação analógica e digital deve ser separada: os dispositivos de alta frequência são geralmente muito sensíveis ao ruído digital, portanto, os dois devem ser separados e conectados na entrada da fonte de alimentação. Se o sinal precisar cruzar as partes analógica e digital, pode ser Coloque um loop no cruzamento para reduzir a área do loop.
4. Evite a sobreposição de fontes de alimentação separadas entre diferentes camadas: caso contrário, o ruído do circuito é facilmente acoplado por meio de capacitância parasita.
5. Isole 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
Existem apenas duas linhas de transmissão possíveis no PCB: linha de tira e linha de microondas. 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 de sinais; A reflexão causará perda de retorno (perda de retorno), e seu impacto no sinal é tão sério 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 tornará a recepção É mais difícil para a máquina distinguir o ruído do sinal;
2. Qualquer sinal refletido basicamente degradará a qualidade do sinal e mudará 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 da 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 de 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 apresenta mudanças abruptas, como cantos retos, vias, etc., que devem ser evitadas ao máximo. Os métodos são: evite cantos retos do traço, tente ir para ângulos ou arcos de 45° o máximo 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 encerrá-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 reflexos e complicará o problema, por isso não é recomendável usá-la.
Acoplamento
1. Acoplamento de impedância comum: É um canal de acoplamento comum, ou seja, a fonte de interferência e o dispositivo interferido geralmente compartilham certos condutores (como alimentação 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 aterramento em série é Vcm = - (△B / △t) * área (△B = mudança na intensidade da indução magnética). Se for um campo eletromagnético, é conhecido 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 fio condutor na placa de circuito e seu loop. Se estiver 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 (diafonia) pode tornar qualquer linha igual ao acoplamento indesejável entre circuitos paralelos, o que prejudicará seriamente o desempenho do sistema. Seus tipos podem ser divididos em diafonia capacitiva e diafonia indutiva. O primeiro ocorre porque a capacitância parasita entre as linhas faz com que o ruído na fonte de ruído seja acoplado à linha receptora de ruído por meio de 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 da diafonia indutiva depende da proximidade dos dois loops e do tamanho da área do loop, bem como da impedância da carga afetada.
5. Acoplamento de linhas de energia: refere-se a que, depois que as linhas de energia CA ou CC são submetidas a interferência eletromagnética, as linhas de energia transmitem essas interferências para outros dispositivos.
Existem várias maneiras de eliminar a diafonia no design de PCB:
1. Ambos os tipos de diafonia aumentam com o aumento da impedância de carga, portanto, as linhas de sinal sensíveis à interferência causada pela diafonia devem ser encerradas adequadamente.
2. Aumente a distância entre as linhas de sinal o máximo possível para reduzir efetivamente a diafonia capacitiva. Realize o gerenciamento da camada de aterramento, faça o espaçamento entre a fiação (por exemplo, isole linhas de sinal ativas e fios terra, especialmente entre linhas de sinal que têm estados de transição e terra) e reduza a indutância do cabo.
3. A inserção de um fio terra entre os fios de sinal adjacentes também pode reduzir efetivamente a diafonia capacitiva. Este fio terra precisa ser conectado ao terra a cada 1/4 de comprimento de onda.
4. Para diafonia indutiva, a área do loop deve ser reduzida o máximo possível e, se permitido, esse loop deve ser eliminado.
5. Evite loops de compartilhamento de sinal.
6. Concentre-se 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 esse método podem se concentrar no comprimento da microfita da folha de cobre de blindagem para obter um bom desempenho de integridade do sinal. Para sistemas que usam conectores densos na estrutura de comunicação, o projetista pode usar um PCB para terminação.
Interferência eletromagnética
À medida que a velocidade aumenta, a EMI se tornará cada vez mais séria e se manifestará em muitos aspectos (como interferência eletromagnética na interconexão), os dispositivos de alta velocidade são particularmente sensíveis a isso, receberão sinais falsos 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 os loops: cada loop é equivalente a uma antena, então precisamos minimizar o número de loops, a área do loop e o efeito da antena do 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 a 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 problemas 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 microfita 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 a terra são unificados e estáveis.
2. A fiação cuidadosa e a terminação adequada podem eliminar reflexos.
3. A fiação cuidadosa e a terminação adequada podem reduzir a diafonia capacitiva e indutiva.
4. É necessário suprimir o ruído para atender aos requisitos de EMC.