EMC設計におけるPCBボードの重要性

コンポーネントの選択と回路設計に加えて、優れたプリント回路基板 (PCB) の設計も、電磁両立性にとって非常に重要な要素です。 PCBの設計の鍵 EMC リターンエリアを極力減らし、リターンパスをデザインの方向に流すことです。 最も一般的なリターン電流は、基準面の亀裂、基準面層の変形、およびコネクタを流れる信号から発生します。 衝突コンデンサまたは電気容器のデカップリングはいくつかの問題を解決するかもしれませんが、コンデンサ、穴あき、パッド、および配線の全体的なインピーダンスを考慮する必要があります。

LISUN SG61000-5 全自動 サージ発生器 （雷サージ耐性試験、複合波発生器、サージ電流発生器/サージ電圧発生器、複合サージ電圧および電流発生器とも呼ばれます）。 LISUN サージ発生器など EMC PCBボードを使用したテスト機器の設計。 問題が発生した場合は、PCB ボードを交換するだけです。

PCBレイヤード戦略
回路基板設計における回路基板の厚さ、穿孔プロセス、および層数の厚さは、問題を解決するための鍵ではありません。 優れたレイヤード スタックは、電源フローのバイパスとデカップリングです。 信号と電源の電磁場を遮断する鍵。 信号線の観点から見ると、すべての信号配線を XNUMX つまたは複数の層に配置するのが適切な階層化戦略である必要があります。これらの層は、電源層またはグランド層の隣にあります。 電源の場合、適切な階層化戦略は、電源層とグランド層に隣接し、電源層とグランド層の間の距離をできるだけ小さくする必要があります。 これが私たちが言う「レイヤード」戦略です。 以下では、優れた PCB 成層戦略について説明します。

1. 配線層の投影面は、リターン プレーン領域内にある必要があります。 配線層がそのリターン プレーン層の投影領域内にない場合、配線中に信号線が投影領域の外に出て、「エッジ放射」の問題が発生し、信号ループ領域の原因にもなります。
2. 配線層の隣接設定を避けるようにしてください。 隣接する配線層の並列信号線は信号列を引き起こすため、配線層が隣接していない場合、配線層とその信号の間の層間隔を減らすために、XNUMX つの配線層の間の層の間の距離を適切に引っ張る必要があります。ループ。
3. 隣接するプレーン レイヤーは、その投影面のオーバーラップを避ける必要があります。 突起が重なり合うと、層間の結合容量により層間のノイズが結合するためです。

多層基板設計:
クロック周波数が 5MHz を超える場合、または信号の立ち上がり時間が 5ns 未満の場合、信号ループ領域を適切に制御するには、一般に多層基板設計が必要です。 多層基板を設計するときは、次の原則に注意してください。
1. 主要な配線層 (クロック ライン、バス、インターフェイス信号ライン、無線周波数ケーブル、リセット信号ライン、チップ信号ライン、および各種制御信号ケーブルなど) は、完全なグランド プレーンに隣接する必要があります。 信号線は一般的に放射線の強い信号線や感度の高い信号線です。 地面近くの配線は、信号ループ領域を減らし、放射強度を減らし、干渉防止能力を向上させることができます。
2. 電源プレーンは、隣接するプレーンの内部収縮 (推奨値は 5h ～ 20h) と比較する必要があります。 下の図に示すように、電源プレーンはその逆流による接地面の収縮と比較して、「エッジ放射」の問題を効果的に抑制することができます。

さらに、シングル ボード所有者の作業用電源プレーン (最も広く使用されている電源プレーン) は、そのグランド プレーンに隣接させて、電源電流の回路面積を効果的に削減する必要があります。

3. シングル ボードの TOP 層と BOTTOM 層に 50MHz 以上の信号線がないかどうか。 その場合、高周波信号を XNUMX つのプレーン層の間で取り、空間への放射を抑制するのが最善です。
単層基板と二層基板の設計:
単層および二層基板の設計では、主に主要な信号線と電源コードの設計を担当する必要があります。 電源電流回路の面積を減らすために、電源ラインの近くにグランド ラインを配置する必要があります。

単層基板のキー信号ラインの両側は、下図に示すように「ガイド グループ ライン」である必要があります。 XNUMX層基板のキー信号線の投影面に大面積の舗装を設けるか、同層板の加工方法とし、図のように「誘導群線」を設計する。 一方ではキー信号線の両側で、一方で信号領域を縮小することができます。 また、信号線と他の信号ケーブルとのストリング乱れも防止できます。

単層および二層基板の設計では、主に主要な信号線と電源コードの設計を担当する必要があります。 電源電流回路の面積を減らすために、電源ラインの近くにグランド ラインを配置する必要があります。

単層基板のキー信号ラインの両側は、下図に示すように「ガイド グループ ライン」である必要があります。 XNUMX層基板のキー信号線の投影面に大面積の舗装を設けるか、同層板の加工方法とし、図のように「誘導群線」を設計する。 一方ではキー信号線の両側で、一方で信号領域を縮小することができます。 また、信号線と他の信号ケーブルとのストリング乱れも防止できます。

注：赤線はキー信号線、青線はアース線です

PCB レイアウトのスキル
PCBレイアウトを設計するとき、信号の流れに沿った直線から直線への設計原則を可能な限り完全に囲む必要があります。 これにより、信号の直接結合が回避され、信号品質に影響を与える可能性があります。 さらに、回路と電子部品の間の干渉と結合を防ぐために、回路の配置と部品のレイアウトは次のようにする必要があります。
1. シングルボードのインターフェースが「クリーン」である場合、フィルタと絶縁デバイスは、「クリーン」と作業場所の間の絶縁バンドに配置する必要があります。 これにより、プレーン層を介して互いに結合されたデバイスのフィルタリングまたは分離を回避して、効果を弱めることができます。 さらに、「きれいな土地」には、フィルターと保護装置以外の他の装置を配置できません。

2. 同一基板上に各種モジュール回路、デジタル回路、シミュレーション回路を配置する場合、デジタル回路、アナログ回路、高速回路、低速回路の干渉を避けるため、高速回路と低速回路を分離してください。スピードサーキット。 また、回路基板上に高速、中速、低速の回路が同時に存在する場合、インターフェイスを介して放射される高周波回路ノイズを回避するために、下図のレイアウト原則に従う必要があります。

3. ライン ボードの入力ポートのフィルタ回路は、フィルタ ラインによって再び結合されないように、インターフェイスの近くに配置する必要があります。

4. インターフェイス回路のフィルタリング、保護、および分離デバイ​​スは、インターフェイス配置の近くにあります。 下の図に示すように、保護、フィルタリング、および分離の効果を効果的に達成できます。 インターフェースにフィルタリングと保護回路の両方がある場合は、最初に保護し、次にフィルタリングするという原則に従う必要があります。 保護回路は外部からの過電圧、過電流抑制を行うため、保護回路をフィルタ回路の後に配置すると過圧、過電流によりフィルタ回路が破損します。 さらに、回路の入力と出力の配線は、回路が互いに結合されている場合、フィルタリング、絶縁、または保護効果を弱めるためです。 レイアウトの際、フィルタ回路（フィルタ）、アイソレーション、保護回路の入出力ケーブルは結合しないでください。

5. 敏感な回路またはデバイス (リセット回路など) は、シングル ボードの端、特にベニア インターフェイスの端から少なくとも 1000mil 離れています。

6. 電流変化の大きいユニット回路や装置（パワーモジュールの入出力端、ファン、リレーなど）を近くに配置し、大電流回路のループ面積を小さくしてください。

7.フィルター装置は、フィルター処理後の回路が再び乱されるのを防ぐために、並列に放電する必要があります。

8. Stry、水晶、リレー、スイッチング電源、およびその他の強力な放射デバイスは、ベニヤ インターフェイス コネクタから少なくとも 1000 ミル離れています。 このようにして、干渉はケーブルから直接放射されるか、電流が外部放射に結合されます。

PCB 配線ルール
コンポーネントの選択と回路設計に加えて、良好なプリント回路基板 (PCB) の配線も電磁両立性にとって非常に重要な要素です。 PCB はシステム固有の構成要素であるため、PCB 配線の電磁適合性を強化しても、製品の最終的な完成に追加コストがかかることはありません。 不適切な PCB 配線は、これらの問題を排除するのではなく、より多くの電磁適合性の問題を引き起こす可能性があることを覚えておく必要があります。 多くの例では、フィルターやコンポーネントを追加しても、これらの問題は解決できません。 結局、彼はボード全体を再配線しなければなりませんでした。 したがって、最初に適切な PCB 配線の習慣を身に付けることは、最もコストを節約する方法です。 以下は、PCB 配線のいくつかの普遍的な規則と、電源コード、接地ケーブル、および信号ケーブルの設計戦略について紹介します。 最後に、これらのルールに従って、エアレギュレーターの典型的なプリント基板回路の改善策を示します。

1. 配線の分離
配線の機能は、PCB の同じ層にある隣接するライン間のスキューとノイズ結合を最小限に抑えることです。 3W 仕様は、図 10 に示すように、すべての信号 (クロック、ビデオ、オーディオ、リセットなど) をオンラインとライン、エッジ、エッジからエッジの間で分離する必要があることを示しています。磁気結合をさらに減らすために、ベンチマークは次のとおりです。キー信号の近くに配置して、他の信号ラインで発生するカップリング ノイズを分離します。

2. 保護および迂回ライン
迂回および保護ラインを設定することは、ノイズの多いシステムでシステム クロック信号を分離および保護するための非常に効果的な方法です。 下の図では、PCB 内の平行線または保護線がキー信号の線に沿って配置されています。 保護線は、他の信号線が発生する結合磁束を隔離するだけでなく、他の信号線同士の結合からも隔離します。 分流線と予備線の違いは、分流線は接続（アースに接続）する必要がなく、予備線の両端をアースに接続する必要があることです。 カップリングをさらに減らすために、多層 PCB の保護ラインを XNUMX セクションおきにグランドに追加することができます。

3. 電源コードの設計
ラインボードのサイズに応じて、電源ラインの幅を可能な限り太くして、回路抵抗を減らします。 同時に、電源コードとアースラインの方向は、データ伝送の方向と一致しており、ノイズ耐性の強化に役立ちます。 シングル パネルまたはダブル パネルで、電源コードが長い場合、3000mil ごとにカップリング コンデンサをグランドに追加する必要があり、容量値は 10UF + 1000PF です。

4. グランドデザイン
グランドライン設計の原則は次のとおりです。
(1) シミュレーションからデジタル的に分離。 ラインボード上に論理回路と有線回路が混在している場合は、できるだけ分離する必要があります。 低周波回路のアースは一点としてアースに接続してください。 実際の配線が難しい場合は、アース接続前に部分的に直列に接続することができます。 高周波回路は多点接続アースを採用し、アース線は短くリースし、高周波素子は可能な限りグリッド状のフロアフォイルの広い領域として使用する必要があります。
(2) アース線は極力太くしてください。 接地線が非常にレールの多い線路で使用されると、電流の変化に伴って接地電位が変化し、耐ノイズ性能が低下します。 したがって、プリント基板の許容電流の 2 倍の電流が流れるように、アース線を太くする必要があります。 可能であれば、グランドラインは 3 ~ XNUMXmm 以上にする必要があります。
(3) グランドラインは閉ループを構成しています。 デジタル回路で構成されたプリント基板は、ほとんどの場合、耐ノイズ能力を向上させることができます。

5. 信号ケーブル設計
キー信号ケーブルの場合、シングルボードが内部信号ルーティング層を持っている場合、クロックなどのキー信号線は内層に布であり、優先配線層が優先されます。 また、キー信号線は、穴あきやパッドによる基準面のギャップを含め、分割領域を横切って移動できてはなりません。そうしないと、信号ループ領域が増加します。 さらに、キー信号ラインは、エッジ放射効果を抑制するために、基準面エッジ ≥ 3H (H はライン距離基準面の高さ) から離れている必要があります。

クロックライン、バス、無線周波数ケーブル、リセット信号ケーブル、チップ信号ライン、システム制御信号、その他の敏感な信号ケーブルなどの敏感な信号ケーブルの場合、信号ラインはインターフェースから離してください。 したがって、強力な放射信号ラインから信号ライン外への干渉カップリングを回避し、外側に放射します。 敏感な信号ラインへのインターフェースに持ち込まれる外部干渉の外部干渉カップリングを回避し、システムエラー動作を引き起こします。

差動信号ケーブルは、インピーダンスの一貫性を維持するために、同じ層、等しい平行線上にある必要があり、差動線間に他の配線はありません。 差動ラインのコモード インピーダンスが等しいため、干渉防止能力を向上させることができます。
上記の配線規則に従って、下図に示すように、エアレギュレーターの典型的なプリント回路基板回路が改善および最適化されます。

一般的に、 EMC PCB設計の設計は次のとおりです。配線の前に、リターンパスの設計スキームを検討してください。EMI放射を減らすという目標を達成できる成功への最良の機会があります。 そして、実際の配線の前に、配線層を変更するなど、一切の費用をかけずに、最も安価に改善する方法です EMC.

Lisun InstrumentsLimitedはによって発見されました LISUN GROUP 2003インチ LISUN 品質システムは ISO9001:2015 によって厳密に認証されています。 CIE会員として、 LISUN 製品は、CIE、IEC、およびその他の国際規格または国内規格に基づいて設計されています。 すべての製品はCE証明書に合格し、サードパーティのラボによって認証されました。

主な製品は ゴニオフォトメーター, 積分球, 分光放射計, サージジェネレータ, ESDシミュレーターガン, EMIレシーバー, EMC試験装置, 電気安全テスター, 環境室, 温度室, 気候チャンバー, サーマルチャンバー, 塩水噴霧試験, ダストテストチャンバー, 防水試験, RoHSテスト（EDXRF）, グローワイヤーテスト & ニードルフレームテスト.

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