¿El diseño de la capa de PCB y la compatibilidad electromagnética tienen una relación tan grande?
En el proceso de diseño de placas de circuitos de alta velocidad, el diseño de compatibilidad electromagnética es un punto importante y difícil. Este documento discute cómo reducir la ruta de propagación de la fuente de acoplamiento y reducir la interferencia electromagnética causada por el acoplamiento de conducción y el acoplamiento de radiación, y mejorar la compatibilidad electromagnética desde los aspectos del diseño y el diseño de la capa.
1. Introducción
Muchos problemas de confiabilidad y estabilidad de los productos electrónicos son causados por el diseño de compatibilidad electromagnética. Los problemas comunes incluyen distorsión de señal, ruido de señal excesivo, señales inestables durante el trabajo, el sistema es propenso a fallar, el sistema es susceptible a la interferencia ambiental y la capacidad antiinterferencia deficiente. El diseño de compatibilidad electromagnética es una tecnología bastante compleja, con conocimientos desde el diseño hasta la electromagnética. Este artículo analiza algunas técnicas empíricas en términos de diseño de capas y diseño de capas para proporcionar alguna referencia para los ingenieros electrónicos.
2. Configuración de capas
Las capas de la placa PCB incluyen principalmente una capa de potencia, una capa de tierra y una capa de señal, y el número de capas es la suma del número de cada capa. En el proceso de diseño, el primer paso es coordinar y clasificar todas las fuentes y motivos, y varias señales, y desplegar y diseñar según la clasificación. En general, las diferentes fuentes de alimentación deben dividirse en diferentes capas, y las diferentes tierras también deben tener los planos de tierra correspondientes. Es necesario diseñar por separado varias señales especiales, como las señales de frecuencia alta y de reloj, y se debe agregar el plano de tierra para proteger las señales especiales y mejorar la compatibilidad electromagnética. Cuando el costo es también uno de los factores a considerar, se debe encontrar un equilibrio entre la compatibilidad electromagnética y el costo del sistema durante el proceso de diseño.
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La primera consideración en el diseño del plano de potencia es el tipo y el número de fuentes de alimentación. Si solo hay una fuente de alimentación, puede considerar una sola capa de alimentación. En el caso de requisitos de alta potencia, también puede haber múltiples capas de potencia para alimentar dispositivos de diferentes capas. Si hay varias fuentes de alimentación, puede considerar diseñar varias capas de alimentación, o puede dividir diferentes fuentes de alimentación en la misma capa de alimentación. La premisa de la división es que no hay cruce entre las fuentes de alimentación. Si hay una cruz, se deben diseñar varias capas de fuente de alimentación.
El diseño del número de capas de señal debe tener en cuenta las características de todas las señales. La superposición de señales especiales y el blindaje son cuestiones que deben considerarse de forma limitada. En general, el software de diseño se utiliza para el diseño y luego se modifica de acuerdo con detalles específicos. La densidad de la señal y la integridad de las señales especiales deben ser problemas que deben considerarse en el diseño de la capa. Para obtener información especial, la capa del plano de tierra debe diseñarse como una capa de protección si es necesario.
En circunstancias normales, si no se trata únicamente de costos, no se recomienda diseñar paneles simples o dobles. Aunque el panel único y el panel doble tienen un procesamiento simple y bajo costo, pero en el caso de alta densidad de señal y estructura de señal compleja, como circuitos digitales de alta velocidad o circuitos híbridos de analógico a digital, porque el panel único no tiene una capa de tierra de referencia especial, el bucle. El área aumenta y la radiación aumenta. Debido a la falta de protección efectiva, la capacidad antiinterferente del sistema también se reduce.
3. Diseño de diseño de la capa de PCB
Después de determinar las señales y las capas, el diseño de cada capa también debe diseñarse científicamente. El diseño de la capa intermedia del diseño de la placa PCB sigue los siguientes principios:
(1) El plano de potencia está adyacente al plano de tierra correspondiente. El propósito de este diseño es formar un condensador de acoplamiento y trabajar con el condensador de desacoplamiento en la placa PCB para reducir la impedancia del plano de potencia y obtener un efecto de filtrado más amplio.
(2) La selección de la capa de referencia es muy importante. En teoría, tanto la capa de potencia como el plano de tierra se pueden usar como capa de referencia, pero el plano de tierra generalmente se puede conectar a tierra, por lo que el efecto de protección es mucho mejor que la capa de energía, por lo que generalmente se prefiere el plano de tierra. Como plano de referencia.
(3) Las señales clave de dos capas adyacentes no pueden cruzar la partición. De lo contrario, se formará un bucle de señal más grande, lo que dará como resultado una radiación y acoplamiento más fuertes.
(4) Para mantener la integridad del plano de tierra, no es posible enrutar en el plano de tierra. Si la densidad de la línea de señal es demasiado grande, puede considerar el enrutamiento en el borde de la capa de potencia.
(5) Diseñe la capa de tierra debajo de las señales clave, como señales de alta velocidad, señales piloto y señales de alta frecuencia, de modo que la ruta del bucle de señal sea la más corta y la radiación sea mínima.
(6) En el proceso de diseño de circuitos de alta velocidad, es necesario considerar cómo lidiar con la radiación de la fuente de alimentación y la interferencia a todo el sistema. En general, el área del plano de alimentación debe ser más pequeña que el área del plano de tierra, de modo que el plano de tierra pueda proteger la fuente de alimentación. Generalmente, se requiere que el plano de potencia tenga una sangría dos veces mayor que el plano de tierra. Si se va a reducir la sangría de la capa de potencia, el grosor del medio debe ser lo más pequeño posible.
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Principios generales que se deben seguir en el diseño del diseño de tableros impresos multicapa:
(1) El plano del plano de potencia debe estar cerca del plano de tierra y estar diseñado debajo del plano de tierra.
(2) La capa de cableado debe diseñarse adyacente a todo el plano de metal.
(3) La señal digital y la señal analógica deben tener un diseño aislado. En primer lugar, la señal digital y la señal analógica deben evitarse en la misma capa. Si no se puede evitar, la señal analógica y la señal digital se pueden enrutar en regiones y el área de señal analógica se puede enrutar. Aislado del área de señal digital. Lo mismo es cierto para la potencia analógica y la potencia digital. Especialmente la fuente de alimentación digital, la radiación es muy grande, debe aislarse y protegerse.
(4) Las líneas impresas en la capa intermedia forman una guía de onda plana, y la línea de microcinta se forma en la capa superficial. Las características de transmisión de los dos son diferentes.
(5) Los circuitos de reloj y los circuitos de alta frecuencia son las principales fuentes de interferencia y radiación, y deben organizarse por separado y lejos de los circuitos sensibles.
(6) Las corrientes parásitas y las corrientes radiadas de alta frecuencia contenidas en diferentes capas son diferentes. Al realizar el cableado, no se pueden tratar por igual.
4. Conclusión
A través del diseño del número de capas y el diseño de las capas puede mejorar en gran medida la compatibilidad electromagnética de la placa PCB. El diseño de la capa debe considerar principalmente la capa de potencia y la capa de tierra, las señales de alta frecuencia, las señales especiales y las señales sensibles. El diseño de la capa debe considerar principalmente el diseño de varios acoplamientos, líneas de tierra y líneas eléctricas, diseño de señal de reloj y alta velocidad, diseño de señal analógica y de información digital.