Recherche sur l’anti-interférence des PCB haute fréquence
Dans la conception des cartes PCB, comme la fréquence augmente rapidement, il y aura de nombreuses interférences qui sont différentes de la conception des cartes PCB basse fréquence. De plus, à mesure que la fréquence augmente, la contradiction entre la miniaturisation et le faible coût des cartes PCB est devenue de plus en plus importante. Ces perturbations deviennent de plus en plus compliquées. Dans la recherche réelle, nous avons conclu qu’il existe quatre interférences principales, notamment le bruit d’alimentation, les interférences de ligne de transmission, le couplage et les interférences électromagnétiques (EMI). En analysant divers problèmes d’interférence des PCB à haute fréquence, combinés à la pratique du travail, une solution efficace est proposée.
Bruit d’alimentation Entrée
Circuits haute fréquence, le bruit de l’alimentation a un impact particulièrement évident sur les signaux haute fréquence. Par conséquent, la première exigence est que l’alimentation soit à faible bruit. Ici, une terre propre est aussi importante qu’une alimentation électrique propre. Pourquoi? Les caractéristiques de l’alimentation sont illustrées à la Figure 1. Évidemment, l’alimentation a une certaine impédance, et l’impédance est répartie sur l’ensemble de l’alimentation, par conséquent, le bruit sera également superposé à l’alimentation. Ensuite, nous devrions réduire autant que possible l’impédance de l’alimentation, il est donc préférable d’avoir une couche d’alimentation et une couche de masse dédiées. Dans la conception de circuits haute fréquence, l’alimentation est conçue sous forme de couches et, dans la plupart des cas, elle est bien meilleure que la conception sous la forme d’un bus, de sorte que la boucle peut toujours suivre le chemin avec le moins d’impédance. En outre, la carte d’alimentation doit fournir une boucle de signal pour tous les signaux générés et reçus sur le circuit imprimé, afin que la boucle de signal puisse être minimisée, réduisant ainsi le bruit, qui est souvent négligé par les concepteurs de circuits basse fréquence.
Il existe plusieurs façons d’éliminer le bruit d’alimentation dans la conception de circuits imprimés.
1. Faites attention aux trous traversants sur la planche: les trous traversants obligent la couche de puissance à graver les ouvertures pour laisser de la place aux trous traversants. Si l’ouverture de la couche de puissance est trop grande, cela affectera inévitablement la boucle du signal, le signal est forcé de contourner, la surface de la boucle augmente et le bruit augmente. Dans le même temps, si certaines lignes de signal sont concentrées près de l’ouverture et partagent cette boucle, l’impédance commune provoquera une diaphonie.
2. Les fils de connexion ont besoin de suffisamment de fils de terre: chaque signal doit avoir sa propre boucle de signal propriétaire, et la zone de boucle de ?? Le signal et la boucle doivent être aussi petits que possible, c’est-à-dire que le signal et la boucle doivent être parallèles.
3. L’alimentation de l’alimentation analogique et numérique doit être séparée: les appareils à haute fréquence sont généralement très sensibles au bruit numérique, de sorte que les deux doivent être séparés et connectés ensemble à l’entrée de l’alimentation. Si le signal doit traverser les parties analogique et numérique, il peut être placé une boucle au croisement pour réduire la zone de boucle.
4. Évitez le chevauchement d’alimentations séparées entre différentes couches: sinon, le bruit du circuit est facilement couplé par une capacité parasite.
5. Isolez les composants sensibles : tels que PLL.
6. Placez la ligne électrique: Afin de réduire la boucle du signal, réduisez le bruit en plaçant la ligne électrique sur le bord de la ligne de signal
Recherche anti-interférence sur les PCB à haute fréquence
Il n’y a que deux lignes de transmission possibles en PCB: la ligne à bande et la ligne à micro-ondes. Le plus gros problème de la ligne de transmission est la réflexion. La réflexion causera de nombreux problèmes. Par exemple, le signal de charge sera le signal d’origine et le signal d’écho. La superposition augmente la difficulté de l’analyse du signal; La réflexion entraînera une perte de retour (perte de retour), et son impact sur le signal est aussi grave que l’impact des interférences sonores additives :
1. Le signal réfléchi vers la source du signal augmentera le bruit du système et rendra la réception Il est plus difficile pour la machine de distinguer le bruit du signal;
2. Tout signal réfléchi dégradera fondamentalement la qualité du signal et modifiera la forme du signal d’entrée. D’une manière générale, la solution est principalement l’adaptation d’impédance (par exemple, l’impédance d’interconnexion doit très bien correspondre à l’impédance du système), mais parfois le calcul de l’impédance est plus gênant. Vous pouvez vous référer à certains logiciels de calcul d’impédance de ligne de transmission.
Les méthodes permettant d’éliminer les interférences des lignes de transmission dans la conception des BPC sont les suivantes :
a) Éviter les discontinuités d’impédance de la ligne de transmission. Le point où l’impédance est discontinue est le point où la ligne de transmission présente des changements brusques, tels que des virages droits, des vias, etc., qui doivent être évités autant que possible. Les méthodes sont les suivantes: éviter les coins droits de la trace, essayer d’aller pour des angles ou des arcs de 45 ° autant que possible, et de grands virages sont également possibles; Utilisez les vias le moins possible, car chaque via est un point de discontinuité d’impédance, et le signal de la couche externe ne doit pas passer à travers la couche interne, et vice versa.
b) N’utilisez pas de piquets. Parce que tout stub est une source de bruit. Si la ligne de stub est courte, vous pouvez y mettre fin à la fin de la ligne de transmission; Si la ligne de stub est longue, la ligne de transmission principale sera utilisée comme source, ce qui provoquera de grandes réflexions et compliquera le problème, il n’est donc pas recommandé de l’utiliser.
Couplage
1. Couplage d’impédance commun: Il s’agit d’un canal de couplage commun, c’est-à-dire que la source d’interférence et le dispositif perturbé partagent souvent certains conducteurs (tels que la puissance de boucle, le bus, la terre commune, etc.).
2. Le couplage en mode commun de champ entraînera la source de rayonnement à provoquer une tension en mode commun sur la boucle formée par le circuit brouillé et le plan de référence commun. Si le champ magnétique est dominant, la valeur de la tension en mode commun générée dans la boucle de masse série est Vcm=-(△B/△t)*aire (△B=variation de l’intensité de l’induction magnétique). S’il s’agit d’un champ électromagnétique, on sait Lorsque sa valeur de champ électrique, sa tension induite : Vcm=(L*h*F*E)/48, la formule est applicable à L(m)=150MHz ou moins, au-delà de cette limite, le calcul de la tension maximale induite peut être simplifié comme suit : Vcm= 2*h*E.
3. Couplage de champ en mode différentiel: fait référence au rayonnement direct induit et reçu par la paire de fils ou le fil sur la carte de circuit imprimé et sa boucle. S’il est aussi proche que possible des deux fils. Ce couplage sera considérablement réduit, de sorte que deux fils peuvent être tordus ensemble pour réduire les interférences.
4. Le couplage interligne (diaphonie) peut rendre n’importe quelle ligne égale à un couplage indésirable entre circuits parallèles, ce qui nuira gravement aux performances du système. Ses types peuvent être divisés en diaphonie capacitive et diaphonie inductive. Le premier est dû au fait que la capacité parasite entre les lignes fait le bruit sur la source de bruit couplé à la ligne de réception du bruit par injection de courant; Ce dernier peut être imaginé comme le couplage du signal entre les étages primaire et secondaire d’un transformateur parasite indésirable. L’ampleur de la diaphonie inductive dépend de la proximité des deux boucles et de la taille de la zone de la boucle, ainsi que de l’impédance de la charge affectée.
5. Couplage des lignes électriques: fait référence au fait qu’après que les lignes électriques CA ou CC sont soumises à des interférences électromagnétiques, les lignes électriques transmettent ces interférences à d’autres dispositifs.
Il existe plusieurs façons d’éliminer la diaphonie dans la conception de circuits imprimés :
1. Les deux types de diaphonie augmentent avec l’augmentation de l’impédance de charge, de sorte que les lignes de signal sensibles aux interférences causées par la diaphonie doivent être correctement terminées.
2. Augmentez autant que possible la distance entre les lignes de signal pour réduire efficacement la diaphonie capacitive. Effectuez la gestion de la couche de terre, effectuez l’espacement entre le câblage (par exemple, isolez les lignes de signal actives et les fils de terre, en particulier entre les lignes de signal qui ont des états de transition et la terre) et réduisez l’inductance du plomb.
3. L’insertion d’un fil de terre entre des fils de signalisation adjacents peut également réduire efficacement la diaphonie capacitive. Ce fil de terre doit être connecté à la terre toutes les longueurs d’onde 1/4.
4. Pour la diaphonie inductive, la surface de la boucle doit être réduite autant que possible et, si elle est autorisée, cette boucle doit être éliminée.
5. Évitez les boucles de partage de signaux.
6. Concentrez-vous sur l’intégrité du signal: Le concepteur doit mettre en œuvre la terminaison pendant le processus de soudage pour résoudre l’intégrité du signal. Les concepteurs qui adoptent cette méthode peuvent se concentrer sur la longueur microbande de la feuille de cuivre de blindage afin d’obtenir de bonnes performances d’intégrité du signal. Pour les systèmes qui utilisent des connecteurs denses dans la structure de communication, le concepteur peut utiliser un PCB pour la terminaison.
Interférences électromagnétiques
Au fur et à mesure que la vitesse augmente, les interférences électromagnétiques deviendront de plus en plus sérieuses et se manifesteront sous de nombreux aspects (tels que les interférences électromagnétiques à l’interconnexion), les appareils à grande vitesse y sont particulièrement sensibles, ils recevront un faux signal à grande vitesse et les appareils à faible vitesse ignoreront ces faux signaux.
Il existe plusieurs façons d’éliminer les interférences électromagnétiques dans la conception de PCB :
1. Réduire les boucles: chaque boucle est équivalente à une antenne, nous devons donc minimiser le nombre de boucles, la surface de boucle et l’effet d’antenne de boucle. Assurez-vous que le signal n’a qu’un seul chemin de boucle à deux points quelconques, évitez les boucles artificielles et essayez d’utiliser la couche de puissance.
2. Filtrage: Le filtrage peut être utilisé pour réduire les interférences électromagnétiques à la fois sur la ligne électrique et sur la ligne de signal. Il existe trois méthodes : les condensateurs de découplage, les filtres EMI et les composants magnétiques.
3. Blindage. En raison de problèmes d’espace et de nombreux articles traitant du blocage, je ne les présenterai pas en détail.
4. Essayez de réduire la vitesse des appareils à haute fréquence.
5. L’augmentation de la constante diélectrique de la carte PCB peut empêcher les pièces à haute fréquence telles que la ligne de transmission proche de la carte de rayonner vers l’extérieur; L’augmentation de l’épaisseur de la carte PCB et la minimisation de l’épaisseur de la ligne microbande peuvent empêcher le fil électromagnétique de déborder et peuvent également empêcher le rayonnement.
À ce stade de la discussion, nous pouvons résumer que dans la conception de circuits imprimés haute fréquence, nous devrions suivre les principes suivants:
1. La puissance et le terrain sont unifiés et stables.
2. Un câblage soigné et une terminaison appropriée peuvent éliminer les reflets.
3. Un câblage soigné et une terminaison appropriée peuvent réduire la diaphonie capacitive et inductive.
4. Il est nécessaire de supprimer le bruit pour répondre aux exigences CEM.
Bruit d’alimentation Entrée
Circuits haute fréquence, le bruit de l’alimentation a un impact particulièrement évident sur les signaux haute fréquence. Par conséquent, la première exigence est que l’alimentation soit à faible bruit. Ici, une terre propre est aussi importante qu’une alimentation électrique propre. Pourquoi? Les caractéristiques de l’alimentation sont illustrées à la Figure 1. Évidemment, l’alimentation a une certaine impédance, et l’impédance est répartie sur l’ensemble de l’alimentation, par conséquent, le bruit sera également superposé à l’alimentation. Ensuite, nous devrions réduire autant que possible l’impédance de l’alimentation, il est donc préférable d’avoir une couche d’alimentation et une couche de masse dédiées. Dans la conception de circuits haute fréquence, l’alimentation est conçue sous forme de couches et, dans la plupart des cas, elle est bien meilleure que la conception sous la forme d’un bus, de sorte que la boucle peut toujours suivre le chemin avec le moins d’impédance. En outre, la carte d’alimentation doit fournir une boucle de signal pour tous les signaux générés et reçus sur le circuit imprimé, afin que la boucle de signal puisse être minimisée, réduisant ainsi le bruit, qui est souvent négligé par les concepteurs de circuits basse fréquence.
Il existe plusieurs façons d’éliminer le bruit d’alimentation dans la conception de circuits imprimés.
1. Faites attention aux trous traversants sur la planche: les trous traversants obligent la couche de puissance à graver les ouvertures pour laisser de la place aux trous traversants. Si l’ouverture de la couche de puissance est trop grande, cela affectera inévitablement la boucle du signal, le signal est forcé de contourner, la surface de la boucle augmente et le bruit augmente. Dans le même temps, si certaines lignes de signal sont concentrées près de l’ouverture et partagent cette boucle, l’impédance commune provoquera une diaphonie.
2. Les fils de connexion ont besoin de suffisamment de fils de terre: chaque signal doit avoir sa propre boucle de signal propriétaire, et la zone de boucle de ?? Le signal et la boucle doivent être aussi petits que possible, c’est-à-dire que le signal et la boucle doivent être parallèles.
3. L’alimentation de l’alimentation analogique et numérique doit être séparée: les appareils à haute fréquence sont généralement très sensibles au bruit numérique, de sorte que les deux doivent être séparés et connectés ensemble à l’entrée de l’alimentation. Si le signal doit traverser les parties analogique et numérique, il peut être placé une boucle au croisement pour réduire la zone de boucle.
4. Évitez le chevauchement d’alimentations séparées entre différentes couches: sinon, le bruit du circuit est facilement couplé par une capacité parasite.
5. Isolez les composants sensibles : tels que PLL.
6. Placez la ligne électrique: Afin de réduire la boucle du signal, réduisez le bruit en plaçant la ligne électrique sur le bord de la ligne de signal
Recherche anti-interférence sur les PCB à haute fréquence
Il n’y a que deux lignes de transmission possibles en PCB: la ligne à bande et la ligne à micro-ondes. Le plus gros problème de la ligne de transmission est la réflexion. La réflexion causera de nombreux problèmes. Par exemple, le signal de charge sera le signal d’origine et le signal d’écho. La superposition augmente la difficulté de l’analyse du signal; La réflexion entraînera une perte de retour (perte de retour), et son impact sur le signal est aussi grave que l’impact des interférences sonores additives :
1. Le signal réfléchi vers la source du signal augmentera le bruit du système et rendra la réception Il est plus difficile pour la machine de distinguer le bruit du signal;
2. Tout signal réfléchi dégradera fondamentalement la qualité du signal et modifiera la forme du signal d’entrée. D’une manière générale, la solution est principalement l’adaptation d’impédance (par exemple, l’impédance d’interconnexion doit très bien correspondre à l’impédance du système), mais parfois le calcul de l’impédance est plus gênant. Vous pouvez vous référer à certains logiciels de calcul d’impédance de ligne de transmission.
Les méthodes permettant d’éliminer les interférences des lignes de transmission dans la conception des BPC sont les suivantes :
a) Éviter les discontinuités d’impédance de la ligne de transmission. Le point où l’impédance est discontinue est le point où la ligne de transmission présente des changements brusques, tels que des virages droits, des vias, etc., qui doivent être évités autant que possible. Les méthodes sont les suivantes: éviter les coins droits de la trace, essayer d’aller pour des angles ou des arcs de 45 ° autant que possible, et de grands virages sont également possibles; Utilisez les vias le moins possible, car chaque via est un point de discontinuité d’impédance, et le signal de la couche externe ne doit pas passer à travers la couche interne, et vice versa.
b) N’utilisez pas de piquets. Parce que tout stub est une source de bruit. Si la ligne de stub est courte, vous pouvez y mettre fin à la fin de la ligne de transmission; Si la ligne de stub est longue, la ligne de transmission principale sera utilisée comme source, ce qui provoquera de grandes réflexions et compliquera le problème, il n’est donc pas recommandé de l’utiliser.
Couplage
1. Couplage d’impédance commun: Il s’agit d’un canal de couplage commun, c’est-à-dire que la source d’interférence et le dispositif perturbé partagent souvent certains conducteurs (tels que la puissance de boucle, le bus, la terre commune, etc.).
2. Le couplage en mode commun de champ entraînera la source de rayonnement à provoquer une tension en mode commun sur la boucle formée par le circuit brouillé et le plan de référence commun. Si le champ magnétique est dominant, la valeur de la tension en mode commun générée dans la boucle de masse série est Vcm=-(△B/△t)*aire (△B=variation de l’intensité de l’induction magnétique). S’il s’agit d’un champ électromagnétique, on sait Lorsque sa valeur de champ électrique, sa tension induite : Vcm=(L*h*F*E)/48, la formule est applicable à L(m)=150MHz ou moins, au-delà de cette limite, le calcul de la tension maximale induite peut être simplifié comme suit : Vcm= 2*h*E.
3. Couplage de champ en mode différentiel: fait référence au rayonnement direct induit et reçu par la paire de fils ou le fil sur la carte de circuit imprimé et sa boucle. S’il est aussi proche que possible des deux fils. Ce couplage sera considérablement réduit, de sorte que deux fils peuvent être tordus ensemble pour réduire les interférences.
4. Le couplage interligne (diaphonie) peut rendre n’importe quelle ligne égale à un couplage indésirable entre circuits parallèles, ce qui nuira gravement aux performances du système. Ses types peuvent être divisés en diaphonie capacitive et diaphonie inductive. Le premier est dû au fait que la capacité parasite entre les lignes fait le bruit sur la source de bruit couplé à la ligne de réception du bruit par injection de courant; Ce dernier peut être imaginé comme le couplage du signal entre les étages primaire et secondaire d’un transformateur parasite indésirable. L’ampleur de la diaphonie inductive dépend de la proximité des deux boucles et de la taille de la zone de la boucle, ainsi que de l’impédance de la charge affectée.
5. Couplage des lignes électriques: fait référence au fait qu’après que les lignes électriques CA ou CC sont soumises à des interférences électromagnétiques, les lignes électriques transmettent ces interférences à d’autres dispositifs.
Il existe plusieurs façons d’éliminer la diaphonie dans la conception de circuits imprimés :
1. Les deux types de diaphonie augmentent avec l’augmentation de l’impédance de charge, de sorte que les lignes de signal sensibles aux interférences causées par la diaphonie doivent être correctement terminées.
2. Augmentez autant que possible la distance entre les lignes de signal pour réduire efficacement la diaphonie capacitive. Effectuez la gestion de la couche de terre, effectuez l’espacement entre le câblage (par exemple, isolez les lignes de signal actives et les fils de terre, en particulier entre les lignes de signal qui ont des états de transition et la terre) et réduisez l’inductance du plomb.
3. L’insertion d’un fil de terre entre des fils de signalisation adjacents peut également réduire efficacement la diaphonie capacitive. Ce fil de terre doit être connecté à la terre toutes les longueurs d’onde 1/4.
4. Pour la diaphonie inductive, la surface de la boucle doit être réduite autant que possible et, si elle est autorisée, cette boucle doit être éliminée.
5. Évitez les boucles de partage de signaux.
6. Concentrez-vous sur l’intégrité du signal: Le concepteur doit mettre en œuvre la terminaison pendant le processus de soudage pour résoudre l’intégrité du signal. Les concepteurs qui adoptent cette méthode peuvent se concentrer sur la longueur microbande de la feuille de cuivre de blindage afin d’obtenir de bonnes performances d’intégrité du signal. Pour les systèmes qui utilisent des connecteurs denses dans la structure de communication, le concepteur peut utiliser un PCB pour la terminaison.
Interférences électromagnétiques
Au fur et à mesure que la vitesse augmente, les interférences électromagnétiques deviendront de plus en plus sérieuses et se manifesteront sous de nombreux aspects (tels que les interférences électromagnétiques à l’interconnexion), les appareils à grande vitesse y sont particulièrement sensibles, ils recevront un faux signal à grande vitesse et les appareils à faible vitesse ignoreront ces faux signaux.
Il existe plusieurs façons d’éliminer les interférences électromagnétiques dans la conception de PCB :
1. Réduire les boucles: chaque boucle est équivalente à une antenne, nous devons donc minimiser le nombre de boucles, la surface de boucle et l’effet d’antenne de boucle. Assurez-vous que le signal n’a qu’un seul chemin de boucle à deux points quelconques, évitez les boucles artificielles et essayez d’utiliser la couche de puissance.
2. Filtrage: Le filtrage peut être utilisé pour réduire les interférences électromagnétiques à la fois sur la ligne électrique et sur la ligne de signal. Il existe trois méthodes : les condensateurs de découplage, les filtres EMI et les composants magnétiques.
3. Blindage. En raison de problèmes d’espace et de nombreux articles traitant du blocage, je ne les présenterai pas en détail.
4. Essayez de réduire la vitesse des appareils à haute fréquence.
5. L’augmentation de la constante diélectrique de la carte PCB peut empêcher les pièces à haute fréquence telles que la ligne de transmission proche de la carte de rayonner vers l’extérieur; L’augmentation de l’épaisseur de la carte PCB et la minimisation de l’épaisseur de la ligne microbande peuvent empêcher le fil électromagnétique de déborder et peuvent également empêcher le rayonnement.
À ce stade de la discussion, nous pouvons résumer que dans la conception de circuits imprimés haute fréquence, nous devrions suivre les principes suivants:
1. La puissance et le terrain sont unifiés et stables.
2. Un câblage soigné et une terminaison appropriée peuvent éliminer les reflets.
3. Un câblage soigné et une terminaison appropriée peuvent réduire la diaphonie capacitive et inductive.
4. Il est nécessaire de supprimer le bruit pour répondre aux exigences CEM.