Forschung zur Entstörung von Hochfrequenz-Leiterplatten

Beim Design von Leiterplatten wird es mit zunehmender Frequenz viele Interferenzen geben, die sich vom Design von niederfrequenten Leiterplatten unterscheiden. Darüber hinaus ist mit zunehmender Frequenz der Widerspruch zwischen der Miniaturisierung und den niedrigen Kosten von Leiterplatten immer deutlicher geworden. Diese Störungen werden immer komplizierter. In der eigentlichen Forschung kamen wir zu dem Schluss, dass es vier Hauptstörungen gibt, darunter Rauschen der Stromversorgung, Interferenzen der Übertragungsleitung, Kopplung und elektromagnetische Interferenzen (EMI). Durch die Analyse verschiedener Interferenzprobleme von Hochfrequenz-Leiterplatten, kombiniert mit der Praxis in der Arbeit, wird eine effektive Lösung vorgeschlagen.

Geräusch der Stromversorgung In

Bei hochfrequenten Schaltungen hat das Rauschen des Netzteils einen besonders deutlichen Einfluss auf hochfrequente Signale. Daher ist die erste Anforderung, dass das Netzteil geräuscharm ist. Hier ist ein sauberer Boden genauso wichtig wie eine saubere Stromversorgung. Warum? Die Eigenschaften der Stromversorgung sind in Abbildung 1 dargestellt. Offensichtlich hat das Netzteil eine bestimmte Impedanz, und die Impedanz ist auf das gesamte Netzteil verteilt, daher wird auch das Rauschen auf das Netzteil überlagert. Dann sollten wir die Impedanz des Netzteils so weit wie möglich reduzieren, daher ist es am besten, eine dedizierte Stromschicht und eine Masseschicht zu haben. Bei der Konstruktion von Hochfrequenzschaltungen ist die Stromversorgung in Form von Schichten ausgeführt, und in den meisten Fällen ist sie viel besser als die Konstruktion in Form eines Busses, so dass die Schleife immer dem Pfad mit der geringsten Impedanz folgen kann. Darüber hinaus muss die Leistungsplatine eine Signalschleife für alle auf der Leiterplatte erzeugten und empfangenen Signale bereitstellen, damit die Signalschleife minimiert werden kann und dadurch das Rauschen reduziert wird, das von Entwicklern niederfrequenter Schaltungen oft übersehen wird.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Rauschen der Stromversorgung im PCB-Design zu eliminieren.

1. Achten Sie auf die Durchgangslöcher auf der Platine: Durch die Durchgangslöcher muss die Leistungsschicht Öffnungen ätzen, um Platz für die Durchgangslöcher zu lassen. Wenn die Öffnung der Leistungsschicht zu groß ist, wirkt sich dies unweigerlich auf die Signalschleife aus, das Signal wird zur Umgehung gezwungen, die Schleifenfläche nimmt zu und das Rauschen nimmt zu. Wenn sich gleichzeitig einige Signalleitungen in der Nähe der Öffnung konzentrieren und diese Schleife teilen, verursacht die gemeinsame Impedanz ein Übersprechen.

2. Verbindungsdrähte benötigen genügend Erdungskabel: Jedes Signal muss eine eigene proprietäre Signalschleife haben, und der Schleifenbereich von ?? Das Signal und die Schleife sollten so klein wie möglich sein, d.h. das Signal und die Schleife sollten parallel sein.

3. Die Stromversorgung von analogem und digitalem Netzteil sollte getrennt werden: Hochfrequenzgeräte sind im Allgemeinen sehr empfindlich gegenüber digitalem Rauschen, daher sollten die beiden am Eingang des Netzteils getrennt und miteinander verbunden werden. Wenn das Signal den analogen und den digitalen Teil durchqueren muss, kann eine Schleife an der Kreuzung platziert werden, um den Schleifenbereich zu verkleinern.

4. Vermeiden Sie die Überlappung separater Netzteile zwischen verschiedenen Schichten: Andernfalls kann das Schaltungsrauschen durch parasitäre Kapazität leicht gekoppelt werden.

5. Isolieren Sie empfindliche Komponenten, wie z. B. PLL.

6. Platzieren Sie die Stromleitung: Um die Signalschleife zu reduzieren, reduzieren Sie das Rauschen, indem Sie die Stromleitung am Rand der Signalleitung platzieren



Hochfrequenz-Anti-Interferenz-Forschung für Leiterplatten

Es gibt nur zwei mögliche Übertragungsleitungen in der Leiterplatte: Streifenleitung und Mikrowellenleitung. Das größte Problem der Übertragungsleitung ist die Reflexion. Reflexion wird viele Probleme verursachen. Das Lastsignal ist z. B. das Originalsignal und das Echosignal. Superposition erhöht die Schwierigkeit der Signalanalyse; Reflexion führt zu einer Rückflussdämpfung (Rückflussdämpfung), und ihre Auswirkungen auf das Signal sind genauso schwerwiegend wie die Auswirkungen von additiven Rauschstörungen:

1. Das zur Signalquelle zurückreflektierte Signal erhöht das Systemrauschen und macht den Empfang Es ist schwieriger für die Maschine, das Rauschen vom Signal zu unterscheiden.

2. Jedes reflektierte Signal verschlechtert grundsätzlich die Signalqualität und verändert die Form des Eingangssignals. Im Allgemeinen ist die Lösung hauptsächlich die Impedanzanpassung (z. B. sollte die Verbindungsimpedanz sehr gut mit der Impedanz des Systems übereinstimmen), aber manchmal ist die Impedanzberechnung mühsamer. Sie können sich auf einige Software zur Berechnung der Impedanz von Übertragungsleitungen beziehen.

Die Methoden zur Beseitigung von Interferenzen bei der Übertragungsleitung im PCB-Design sind wie folgt:

a) Vermeiden Sie Impedanzdiskontinuitäten der Übertragungsleitung. Der Punkt, an dem die Impedanz diskontinuierlich ist, ist der Punkt, an dem die Übertragungsleitung abrupte Änderungen aufweist, wie z. B. gerade Ecken, Durchkontaktierungen usw., die so weit wie möglich vermieden werden sollten. Die Methoden sind: Vermeiden Sie gerade Ecken der Leiterbahn, versuchen Sie, so weit wie möglich 45°-Winkel oder Bögen zu fahren, und auch große Biegungen sind möglich; Verwenden Sie so wenig Durchkontaktierungen wie möglich, da jedes Via ein Impedanzdiskontinuitätspunkt ist und das Signal der äußeren Schicht nicht durch die innere Schicht fließen sollte und umgekehrt.

(b) Verwenden Sie keine Pfahllinien. Denn jeder Stummel ist eine Quelle von Lärm. Wenn die Stichleitung kurz ist, können Sie sie am Ende der Übertragungsleitung abschließen. Wenn die Stichleitung lang ist, wird die Hauptübertragungsleitung als Quelle verwendet, was zu großen Reflexionen führt und das Problem verkompliziert, daher wird nicht empfohlen, sie zu verwenden.

Kupplung

1. Kopplung mit gemeinsamer Impedanz: Es handelt sich um einen gemeinsamen Koppelkanal, dh die Störquelle und das gestörte Gerät teilen sich häufig bestimmte Leiter (z. B. Schleifenstrom, Bus, gemeinsame Masse usw.).

2. Die Gleichtaktkopplung führt dazu, dass die Strahlungsquelle eine Gleichtaktspannung an der Schleife verursacht, die aus dem gestörten Stromkreis und der gemeinsamen Referenzebene gebildet wird. Wenn das Magnetfeld dominant ist, beträgt der Wert der in der Reihenmasseschleife erzeugten Gleichtaktspannung Vcm=-(△B/△t)*Fläche (△B=Änderung der magnetischen Induktionsintensität). Wenn es sich um ein elektromagnetisches Feld handelt, ist es bekannt Wenn sein elektrischer Feldwert, seine induzierte Spannung: Vcm=(L*h*F*E)/48, gilt die Formel für L(m)=150MHz oder weniger, jenseits dieser Grenze kann die Berechnung der maximalen induzierten Spannung vereinfacht werden als: Vcm= 2*h*E.

3. Gegentakt-Feldkopplung: bezieht sich auf die direkte Strahlung, die durch das Adernpaar oder die Leitung auf der Leiterplatte und ihrer Schleife induziert und empfangen wird. Wenn es so nah wie möglich an den beiden Drähten ist. Diese Kopplung wird stark reduziert, so dass zwei Drähte miteinander verdrillt werden können, um Störungen zu reduzieren.

4. Die Kopplung zwischen den Leitungen (Übersprechen) kann dazu führen, dass jede Leitung einer unerwünschten Kopplung zwischen parallelen Schaltungen gleichkommt, was die Leistung des Systems ernsthaft beeinträchtigt. Seine Typen lassen sich in kapazitives Übersprechen und induktives Übersprechen unterteilen. Ersteres liegt daran, dass die parasitäre Kapazität zwischen den Leitungen das Rauschen an der Rauschquelle erzeugt, das durch Strominjektion mit der Rauschempfangsleitung gekoppelt ist. Letzteres kann man sich als die Kopplung des Signals zwischen der Primär- und der Sekundärstufe eines unerwünschten parasitären Transformators vorstellen. Die Größe des induktiven Übersprechens hängt von der Nähe der beiden Schleifen und der Größe des Schleifenbereichs sowie von der Impedanz der betroffenen Last ab.

5. Kopplung von Stromleitungen: bezieht sich darauf, dass die Stromleitungen, nachdem die AC- oder DC-Stromleitungen elektromagnetischen Störungen ausgesetzt waren, diese Störungen an andere Geräte übertragen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Übersprechen im PCB-Design zu eliminieren:

1. Beide Arten des Übersprechens nehmen mit zunehmender Lastimpedanz zu, so dass Signalleitungen, die empfindlich auf durch Übersprechen verursachte Störungen reagieren, ordnungsgemäß beendet werden sollten.

2. Vergrößern Sie den Abstand zwischen den Signalleitungen so weit wie möglich, um kapazitives Übersprechen effektiv zu reduzieren. Führen Sie ein Erdungslagenmanagement durch, schaffen Sie Abstände zwischen den Verkabelungen (z. B. isolieren Sie aktive Signalleitungen und Erdungsdrähte, insbesondere zwischen Signalleitungen, die Übergangszustände und Masse haben) und reduzieren Sie die Leitungsinduktivität.

3. Das Einstecken eines Erdungskabels zwischen benachbarten Signaldrähten kann auch das kapazitive Übersprechen effektiv reduzieren. Dieses Erdungskabel muss alle 1/4 Wellenlänge mit der Erde verbunden werden.

4. Beim induktiven Übersprechen sollte die Schleifenfläche so weit wie möglich reduziert werden, und wenn zulässig, sollte diese Schleife eliminiert werden.

5. Vermeiden Sie Signal-Sharing-Schleifen.

6. Fokus auf Signalintegrität: Der Entwickler muss die Terminierung während des Schweißprozesses implementieren, um die Signalintegrität zu beheben. Designer, die diese Methode anwenden, können sich auf die Mikrostreifenlänge der abschirmenden Kupferfolie konzentrieren, um eine gute Signalintegritätsleistung zu erzielen. Bei Systemen, die dichte Steckverbinder in der Kommunikationsstruktur verwenden, kann der Entwickler eine Leiterplatte für den Abschluss verwenden.

Elektromagnetische Störungen

Mit zunehmender Geschwindigkeit wird die EMI immer schwerwiegender und manifestiert sich in vielen Aspekten (z. B. elektromagnetischen Störungen an der Verbindung), Hochgeschwindigkeitsgeräte reagieren besonders empfindlich darauf, sie empfangen falsche Hochgeschwindigkeitssignale und Geräte mit niedriger Geschwindigkeit ignorieren solche falschen Signale.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, elektromagnetische Störungen im PCB-Design zu beseitigen:

1. Schleifen reduzieren: Jede Schleife entspricht einer Antenne, daher müssen wir die Anzahl der Schleifen, die Schleifenfläche und den Effekt der Schleifenantenne minimieren. Stellen Sie sicher, dass das Signal an zwei beliebigen Punkten nur einen Schleifenpfad hat, vermeiden Sie künstliche Schleifen und versuchen Sie, die Leistungsschicht zu verwenden.

2. Filterung: Die Filterung kann verwendet werden, um EMI sowohl auf der Stromleitung als auch auf der Signalleitung zu reduzieren. Es gibt drei Methoden: Entkopplungskondensatoren, EMI-Filter und magnetische Komponenten.

3. Abschirmung. Aufgrund von Platzproblemen und vielen Artikeln, in denen das Blockieren diskutiert wird, werde ich sie nicht im Detail vorstellen.

4. Versuchen Sie, die Geschwindigkeit von Hochfrequenzgeräten zu reduzieren.

5. Durch Erhöhen der Dielektrizitätskonstante der Leiterplatte kann verhindert werden, dass hochfrequente Teile wie die Übertragungsleitung in der Nähe der Platine nach außen abstrahlen. Durch Erhöhen der Dicke der Leiterplatte und Minimieren der Dicke der Mikrostreifenleitung kann verhindert werden, dass der elektromagnetische Draht überläuft, und kann auch Strahlung verhindern.

An dieser Stelle der Diskussion können wir zusammenfassen, dass wir beim Design von Hochfrequenz-Leiterplatten die folgenden Prinzipien befolgen sollten:

1. Die Leistung und die Masse sind einheitlich und stabil.

2. Eine sorgfältige Verkabelung und eine ordnungsgemäße Terminierung können Reflexionen vermeiden.

3. Eine sorgfältige Verdrahtung und ein ordnungsgemäßer Abschluss können kapazitives und induktives Übersprechen reduzieren.

4. Es ist notwendig, Geräusche zu unterdrücken, um die EMV-Anforderungen zu erfüllen.