Recherche sur l’anti-interférence des PCB haute fréquence
Dans la conception des cartes PCB, à mesure que 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 proprement dite, nous avons conclu qu’il existe quatre interférences principales, notamment le bruit de l’alimentation, les interférences de la ligne de transmission, le couplage et les interférences électromagnétiques (EMI). En analysant divers problèmes d’interférence des PCB haute fréquence, combinés à la pratique du travail, une solution efficace est proposée.
Bruit d’alimentation en 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 peu bruyante. Ici, un sol propre est aussi important qu’une alimentation électrique propre. Pourquoi? Les caractéristiques de l’alimentation sont illustrées à la figure 1. De toute évidence, l’alimentation a une certaine impédance, et l’impédance est distribuée sur l’ensemble de l’alimentation, par conséquent, le bruit sera également superposé à l’alimentation. Ensuite, nous devons 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. De plus, 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 de l’alimentation dans la conception de circuits imprimés.
1. Faites attention aux trous traversants sur la carte : les trous traversants obligent la couche de puissance à graver des ouvertures pour laisser de l’espace pour le passage des trous traversants. Si l’ouverture de la couche d’alimentation 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 haute fréquence sont généralement très sensibles au bruit numérique, les deux doivent donc être séparés et connectés ensemble à l’entrée de l’alimentation. Si le signal doit traverser les parties analogiques et numériques, il peut être placé une boucle au croisement pour réduire la surface de la 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 PCB haute fréquence
Il n’y a que deux lignes de transmission possibles dans les PCB : la ligne de bande et la ligne 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 provoquera 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 essentiellement la qualité du signal et changera 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 problématique. Vous pouvez vous référer à certains logiciels de calcul d’impédance de ligne de transmission.
Les méthodes pour éliminer les interférences de ligne de transmission dans la conception des PCB 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 subit des changements brusques, tels que des virages droits, des vias, etc., qui doivent être évités autant que possible. Les méthodes sont les suivantes : évitez les coins droits de la trace, essayez d’opter 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 par la couche intérieure, et vice versa.
(b) N’utilisez pas de lignes de piquetage. Parce que tout talon est une source de bruit. Si la ligne tronquée est courte, vous pouvez la terminer à la fin de la ligne de transmission ; Si la ligne tronquée 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 interféré partagent souvent certains conducteurs (tels que l’alimentation en boucle, le bus, la masse commune, etc.).
2. Le couplage de mode commun de champ fera en sorte que la source de rayonnement provoque une tension de mode commun sur la boucle formée par le circuit interféré et le plan de référence commun. Si le champ magnétique est dominant, la valeur de la tension de 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 que 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 induite maximale 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 le plus proche possible des deux fils. Ce couplage sera considérablement réduit, de sorte que deux fils peuvent être torsadés ensemble pour réduire les interférences.
4. Le couplage inter-lignes (diaphonie) peut rendre n’importe quelle ligne égale à un couplage indésirable entre des circuits parallèles, ce qui endommagera gravement les 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 que le bruit sur la source de bruit est 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’amplitude 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 AC ou DC sont soumises à des interférences électromagnétiques, les lignes électriques transmettent ces interférences à d’autres appareils.
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 terre, établissez un espacement entre les câblages (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 signal 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 une terminaison pendant le processus de soudage pour résoudre l’intégrité du signal. Les concepteurs qui adoptent cette méthode peuvent se concentrer sur la longueur de la 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 circuit imprimé 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 dans de nombreux aspects (tels que les interférences électromagnétiques à l’interconnexion), les appareils à haut débit sont particulièrement sensibles à cela, ils recevront des faux signaux à haut débit et les appareils à faible vitesse ignoreront ces faux signaux.
Il existe plusieurs façons d’éliminer les interférences électromagnétiques dans la conception de circuits imprimés :
1. Réduire les boucles : chaque boucle équivaut à une antenne, nous devons donc minimiser le nombre de boucles, la surface de la boucle et l’effet de l’antenne de boucle. Assurez-vous que le signal n’a qu’un seul chemin de boucle en deux points quelconques, évitez les boucles artificielles et essayez d’utiliser la couche d’alimentation.
2. Filtrage : Le filtrage peut être utilisé pour réduire les interférences électromagnétiques à la fois sur la ligne d’alimentation 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 de microbande peuvent empêcher le fil électromagnétique de déborder et peuvent également empêcher les radiations.
À ce stade de la discussion, nous pouvons résumer que dans la conception de PCB haute fréquence, nous devrions suivre les principes suivants :
1. La puissance et la terre sont unifiées 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 en 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 peu bruyante. Ici, un sol propre est aussi important qu’une alimentation électrique propre. Pourquoi? Les caractéristiques de l’alimentation sont illustrées à la figure 1. De toute évidence, l’alimentation a une certaine impédance, et l’impédance est distribuée sur l’ensemble de l’alimentation, par conséquent, le bruit sera également superposé à l’alimentation. Ensuite, nous devons 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. De plus, 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 de l’alimentation dans la conception de circuits imprimés.
1. Faites attention aux trous traversants sur la carte : les trous traversants obligent la couche de puissance à graver des ouvertures pour laisser de l’espace pour le passage des trous traversants. Si l’ouverture de la couche d’alimentation 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 haute fréquence sont généralement très sensibles au bruit numérique, les deux doivent donc être séparés et connectés ensemble à l’entrée de l’alimentation. Si le signal doit traverser les parties analogiques et numériques, il peut être placé une boucle au croisement pour réduire la surface de la 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 PCB haute fréquence
Il n’y a que deux lignes de transmission possibles dans les PCB : la ligne de bande et la ligne 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 provoquera 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 essentiellement la qualité du signal et changera 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 problématique. Vous pouvez vous référer à certains logiciels de calcul d’impédance de ligne de transmission.
Les méthodes pour éliminer les interférences de ligne de transmission dans la conception des PCB 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 subit des changements brusques, tels que des virages droits, des vias, etc., qui doivent être évités autant que possible. Les méthodes sont les suivantes : évitez les coins droits de la trace, essayez d’opter 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 par la couche intérieure, et vice versa.
(b) N’utilisez pas de lignes de piquetage. Parce que tout talon est une source de bruit. Si la ligne tronquée est courte, vous pouvez la terminer à la fin de la ligne de transmission ; Si la ligne tronquée 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 interféré partagent souvent certains conducteurs (tels que l’alimentation en boucle, le bus, la masse commune, etc.).
2. Le couplage de mode commun de champ fera en sorte que la source de rayonnement provoque une tension de mode commun sur la boucle formée par le circuit interféré et le plan de référence commun. Si le champ magnétique est dominant, la valeur de la tension de 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 que 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 induite maximale 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 le plus proche possible des deux fils. Ce couplage sera considérablement réduit, de sorte que deux fils peuvent être torsadés ensemble pour réduire les interférences.
4. Le couplage inter-lignes (diaphonie) peut rendre n’importe quelle ligne égale à un couplage indésirable entre des circuits parallèles, ce qui endommagera gravement les 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 que le bruit sur la source de bruit est 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’amplitude 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 AC ou DC sont soumises à des interférences électromagnétiques, les lignes électriques transmettent ces interférences à d’autres appareils.
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 terre, établissez un espacement entre les câblages (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 signal 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 une terminaison pendant le processus de soudage pour résoudre l’intégrité du signal. Les concepteurs qui adoptent cette méthode peuvent se concentrer sur la longueur de la 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 circuit imprimé 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 dans de nombreux aspects (tels que les interférences électromagnétiques à l’interconnexion), les appareils à haut débit sont particulièrement sensibles à cela, ils recevront des faux signaux à haut débit et les appareils à faible vitesse ignoreront ces faux signaux.
Il existe plusieurs façons d’éliminer les interférences électromagnétiques dans la conception de circuits imprimés :
1. Réduire les boucles : chaque boucle équivaut à une antenne, nous devons donc minimiser le nombre de boucles, la surface de la boucle et l’effet de l’antenne de boucle. Assurez-vous que le signal n’a qu’un seul chemin de boucle en deux points quelconques, évitez les boucles artificielles et essayez d’utiliser la couche d’alimentation.
2. Filtrage : Le filtrage peut être utilisé pour réduire les interférences électromagnétiques à la fois sur la ligne d’alimentation 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 de microbande peuvent empêcher le fil électromagnétique de déborder et peuvent également empêcher les radiations.
À ce stade de la discussion, nous pouvons résumer que dans la conception de PCB haute fréquence, nous devrions suivre les principes suivants :
1. La puissance et la terre sont unifiées 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.