PCB-Schichtdesign und elektromagnetische Verträglichkeit haben eine so große Beziehung?

Im Entwurfsprozess von Hochgeschwindigkeitsplatinen ist das Design der elektromagnetischen Verträglichkeit ein wichtiger und schwieriger Punkt. In diesem Artikel wird erläutert, wie der Ausbreitungsweg der Kopplungsquelle und die durch die Leitungskopplung und Strahlungskopplung verursachte elektromagnetische Interferenz verringert und die elektromagnetische Verträglichkeit unter den Aspekten des Schichtdesigns und des Schichtlayouts verbessert werden können.

1. Einleitung

Viele Zuverlässigkeits- und Stabilitätsprobleme elektronischer Produkte werden durch das Design der elektromagnetischen Verträglichkeit verursacht. Häufige Probleme sind Signalverzerrungen, übermäßiges Signalrauschen, instabile Signale während der Arbeit, das System ist anfällig für Abstürze, das System ist anfällig für Umgebungsstörungen und eine schlechte Entstörfähigkeit. Das Design der elektromagnetischen Verträglichkeit ist eine ziemlich komplexe Technologie mit Kenntnissen vom Design bis zur Elektromagnetik. Dieser Artikel beschreibt einige empirische Techniken in Bezug auf Schichtdesign und Schichtlayout, um den Elektronikingenieuren eine Referenz zu bieten.

2. Konfiguration von Schichten

Die Schichten der Leiterplatte umfassen hauptsächlich eine Leistungsschicht, eine Erdungsschicht und eine Signalschicht, und die Anzahl der Schichten ist die Summe der Anzahl jeder Schicht. Im Entwurfsprozess besteht der erste Schritt darin, alle Quellen und Gründe sowie verschiedene Signale zu koordinieren und zu klassifizieren sowie auf der Grundlage der Klassifizierung bereitzustellen und zu entwerfen. Im Allgemeinen sollten verschiedene Stromversorgungen in verschiedene Schichten unterteilt werden, und verschiedene Erdungen sollten auch entsprechende Erdungsebenen aufweisen. Verschiedene spezielle Signale, wie Hochtakt- und Frequenzsignale, müssen separat entworfen werden, und die Masseebene muss hinzugefügt werden, um die speziellen Signale abzuschirmen und die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern. Wenn auch die Kosten einer der zu berücksichtigenden Faktoren sind, muss ein Gleichgewicht zwischen der elektromagnetischen Verträglichkeit und den Kosten des Systems während des Entwurfsprozesses gefunden werden.

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Die erste Überlegung bei der Konstruktion der Leistungsebene ist die Art und Anzahl der Netzteile. Wenn nur ein Netzteil vorhanden ist, können Sie eine einzelne Leistungsschicht in Betracht ziehen. Bei hohen Leistungsanforderungen können auch mehrere Leistungsschichten vorhanden sein, um Geräte unterschiedlicher Schichten mit Strom zu versorgen. Wenn mehrere Netzteile vorhanden sind, können Sie mehrere Netzteile entwerfen oder verschiedene Netzteile auf dasselbe Netzteil verteilen. Die Prämisse der Teilung ist, dass es keine Kreuzung zwischen Stromversorgungen gibt. Wenn es ein Kreuz gibt, müssen mehrere Stromversorgungsschichten entworfen werden.

Das Design der Anzahl der Signalschichten sollte die Eigenschaften aller Signale berücksichtigen. Die Überlagerung von Spezialsignalen und die Abschirmung sind in begrenztem Umfang zu berücksichtigen. Im Allgemeinen wird die Entwurfssoftware für den Entwurf verwendet und dann gemäß spezifischen Details modifiziert. Die Signaldichte und die Integrität spezieller Signale müssen beim Schichtdesign berücksichtigt werden. Für spezielle Informationen muss die Grundebenenschicht bei Bedarf als Abschirmschicht ausgeführt werden.

Unter normalen Umständen wird es nicht empfohlen, Einzel- oder Doppelplatten zu entwerfen, wenn dies nicht nur aus Kostengründen erfolgt. Das Einzelpanel und das Doppelpanel weisen zwar eine einfache Verarbeitung und geringe Kosten auf, jedoch im Fall einer hohen Signaldichte und einer komplexen Signalstruktur, wie beispielsweise Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen oder Analog-Digital-Hybridschaltungen, weil das Einzelpanel keine hat eine spezielle Referenzgrundschicht, die Schleife Die Fläche nimmt zu und die Strahlung nimmt zu. Aufgrund des Fehlens einer wirksamen Abschirmung wird auch die Entstörungsfähigkeit des Systems verringert.

3. Layoutdesign der Leiterplattenschicht

Nachdem die Signale und Schichten bestimmt wurden, muss das Layout jeder Schicht auch wissenschaftlich entworfen werden. Das Layoutdesign der mittleren Schicht des PCB-Board-Designs folgt den folgenden Prinzipien:

(1) Die Leistungsebene grenzt an die entsprechende Grundebene an. Der Zweck dieser Konstruktion besteht darin, einen Koppelkondensator zu bilden und mit dem Entkopplungskondensator auf der Leiterplatte zu arbeiten, um die Impedanz der Leistungsebene zu verringern und einen breiteren Filtereffekt zu erzielen.

(2) Die Auswahl der Referenzschicht ist sehr wichtig. Theoretisch können sowohl die Leistungsschicht als auch die Masseebene als Referenzschicht verwendet werden, aber die Masseebene kann im Allgemeinen geerdet werden, so dass der Abschirmeffekt viel besser ist als die Leistungsebene, sodass die Masseebene im Allgemeinen bevorzugt wird. Als Bezugsebene.

(3) Die Schlüsselsignale zweier benachbarter Schichten können die Partition nicht überqueren. Andernfalls wird eine größere Signalschleife gebildet, was zu einer stärkeren Strahlung und Kopplung führt.

(4) Um die Unversehrtheit der Grundebene aufrechtzuerhalten, ist es nicht möglich, auf der Grundebene zu routen. Wenn die Signalleitungsdichte zu groß ist, können Sie ein Routing am Rand der Leistungsschicht in Betracht ziehen.

(5) Entwerfen Sie die Erdungsschicht unter den Schlüsselsignalen wie Hochgeschwindigkeitssignalen, Pilotsignalen und Hochfrequenzsignalen so, dass der Signalschleifenweg am kürzesten und die Strahlung minimal ist.

(6) Bei der Auslegung von Hochgeschwindigkeitsschaltungen muss überlegt werden, wie mit der Strahlung der Stromversorgung und den Störungen des gesamten Systems umgegangen werden soll. Im Allgemeinen sollte die Fläche der Leistungsebene kleiner sein als die Fläche der Masseebene, damit die Masseebene die Stromversorgung abschirmen kann. Im Allgemeinen muss die Leistungsebene doppelt so dick eingerückt sein wie die Grundebene. Wenn die Einkerbung der Leistungsschicht verringert werden soll, sollte die Dicke des Mediums so gering wie möglich sein.

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Allgemeine Grundsätze für das Layout von mehrschichtigen Leiterplatten:

(1) Die Ebene der Leistungsebene sollte nahe an der Grundebene liegen und unterhalb der Grundebene ausgelegt sein.

(2) Die Verdrahtungsschicht sollte neben der gesamten Metallebene ausgelegt sein.

(3) Das digitale und das analoge Signal müssen isoliert ausgeführt sein. Zunächst müssen das digitale und das analoge Signal auf derselben Schicht vermieden werden. Wenn dies nicht vermieden werden kann, können das analoge Signal und das digitale Signal in Regionen geleitet werden und der analoge Signalbereich kann geschlitzt werden. Vom digitalen Signalbereich isoliert. Gleiches gilt für analoge und digitale Leistung. Insbesondere bei der digitalen Stromversorgung ist die Strahlung sehr groß, sie muss isoliert und abgeschirmt werden.

(4) Die gedruckten Linien in der mittleren Schicht bilden einen planaren Wellenleiter, und die Mikrostreifenleitung ist in der Oberflächenschicht gebildet. Die Übertragungseigenschaften der beiden sind unterschiedlich.

(5) Taktschaltungen und Hochfrequenzschaltungen sind die Hauptstörungs- und Strahlungsquellen und müssen getrennt und von empfindlichen Schaltungen entfernt angeordnet werden.

(6) Die in verschiedenen Schichten enthaltenen Streuströme und hochfrequenten Strahlungsströme sind unterschiedlich. Bei der Verkabelung können sie nicht gleich behandelt werden.

4. Fazit

Durch das Design der Anzahl der Schichten und das Layout der Schichten kann die elektromagnetische Verträglichkeit der Leiterplatte erheblich verbessert werden. Das Schichtdesign sollte hauptsächlich die Leistungsschicht und die Erdungsschicht, Hochfrequenzsignale, Spezialsignale und empfindliche Signale berücksichtigen. Das Layout der Schicht sollte hauptsächlich das Layout verschiedener Kopplungen, Erdungs- und Stromleitungen, das Takt- und Hochgeschwindigkeitssignallayout, das analoge Signal- und das digitale Informationslayout berücksichtigen.