고주파 PCB의 간섭 방지 연구
PCB 기판 설계에서 주파수가 급격히 증가함에 따라 저주파 PCB 기판의 설계와 다른 많은 간섭이 발생합니다. 더욱이, 주파수가 증가함에 따라, PCB 기판의 소형화와 저비용 사이의 모순이 점점 더 두드러지고 있습니다. 이러한 교란은 점점 더 복잡해지고 있습니다. 실제 연구에서 우리는 전원 공급 장치 노이즈, 전송선 간섭, 커플링 및 전자기 간섭(EMI)을 포함한 4가지 주요 간섭이 있다는 결론을 내렸습니다. 고주파 PCB의 다양한 간섭 문제를 분석하고 작업 실습과 결합하여 효과적인 솔루션을 제안합니다.
전원 공급 장치 노이즈 입력
고주파 회로, 전원 공급 장치의 노이즈는 고주파 신호에 특히 분명한 영향을 미칩니다. 따라서 첫 번째 요구 사항은 전원 공급 장치가 저잡음이라는 것입니다. 여기서 깨끗한 땅은 깨끗한 전원 공급 장치만큼 중요합니다. 왜? 전원 공급장치 특성은 그림 1에 나와 있습니다. 분명히 전원 공급 장치에는 특정 임피던스가 있고 임피던스는 전체 전원 공급 장치에 분산되어 있으므로 전원 공급 장치에도 노이즈가 중첩됩니다. 그런 다음 전원 공급 장치의 임피던스를 최대한 줄여야 하므로 전용 전원층과 접지층을 갖는 것이 가장 좋습니다. 고주파 회로 설계에서 전원 공급 장치는 레이어 형태로 설계되며 대부분의 경우 버스 형태의 설계보다 훨씬 우수하므로 루프가 항상 임피던스가 가장 적은 경로를 따를 수 있습니다. 또한 전원 기판은 PCB에서 생성 및 수신되는 모든 신호에 대한 신호 루프를 제공해야 신호 루프를 최소화하여 저주파 회로 설계자가 종종 간과하는 잡음을 줄일 수 있습니다.
PCB 설계에서 전원 공급 장치 노이즈를 제거하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
1. 보드의 관통 구멍에주의하십시오 : 관통 구멍은 관통 구멍이 통과 할 수있는 공간을 남겨 두기 위해 전력 층이 개구부를 에칭해야합니다. 전력층의 개방이 너무 크면 필연적으로 신호 루프에 영향을 미치고 신호가 강제로 바이패스되고 루프 면적이 증가하고 노이즈가 증가합니다. 동시에 일부 신호 라인이 개구부 근처에 집중되어 이 루프를 공유하면 공통 임피던스로 인해 누화가 발생합니다.
2. 연결 와이어에는 충분한 접지선이 필요합니다 : 각 신호에는 자체 독점 신호 루프가 있어야하며 루프 영역은 ?? 신호와 루프는 가능한 한 작아야 하며, 즉, 신호와 루프는 평행해야 합니다.
3. 아날로그와 디지털 전원 공급 장치의 전원 공급 장치를 분리해야 합니다.: 고주파 장치는 일반적으로 디지털 노이즈에 매우 민감하므로 전원 공급 장치 입구에서 둘을 분리하여 함께 연결해야 합니다. 신호가 아날로그 및 디지털 부품을 가로질러야 하는 경우 교차점에 루프를 배치하여 루프 영역을 줄일 수 있습니다.
4. 서로 다른 레이어 사이에 별도의 전원 공급 장치가 겹치지 않도록 하십시오: 그렇지 않으면 회로 노이즈가 기생 커패시턴스를 통해 쉽게 결합됩니다.
5. PLL과 같은 민감한 구성 요소를 격리합니다.
6. 전력선 배치: 신호 루프를 줄이려면 신호선 가장자리에 전력선을 배치하여 노이즈를 줄입니다
고주파 PCB 간섭 방지 연구
PCB에는 스트립 라인과 마이크로파 라인의 두 가지 가능한 전송 라인만 있습니다. 전송선로의 가장 큰 문제는 반사입니다. 반사는 많은 문제를 일으킬 것입니다. 예를 들어ample, 부하 신호는 원래 신호와 에코 신호가 됩니다. 중첩은 신호 분석의 난이도를 높입니다. 반사는 반사 손실(반사 손실)을 유발하며 신호에 미치는 영향은 추가 노이즈 간섭의 영향만큼 심각합니다.
1. 신호 소스로 다시 반사된 신호는 시스템 노이즈를 증가시키고 수신을 기계가 신호에서 노이즈를 구별하는 것을 더 어렵게 만듭니다.
2. 반사된 신호는 기본적으로 신호 품질을 저하시키고 입력 신호의 모양을 변경합니다. 일반적으로 솔루션은 주로 임피던스 정합이지만(예: 상호 연결 임피던스가 시스템의 임피던스와 매우 잘 일치해야 함) 때로는 임피던스 계산이 더 번거롭습니다. 일부 전송선 임피던스 계산 소프트웨어를 참조할 수 있습니다.
PCB 설계에서 전송선 간섭을 제거하는 방법은 다음과 같습니다.:
(a) 전송 라인의 임피던스 불연속성을 피하십시오. 임피던스가 불연속적인 지점은 직선 모서리, 비아 등과 같이 전송 라인이 급격히 변하는 지점이므로 가능한 한 피해야 합니다. 방법은 트레이스의 직선 모서리를 피하고 가능한 한 45° 각도 또는 호를 시도하고 큰 굴곡도 가능합니다. 각 비아는 임피던스 불연속성 지점이고 외부 레이어 신호는 내부 레이어를 통과해서는 안 되며 그 반대의 경우도 마찬가지이므로 가능한 한 비아를 적게 사용하십시오.
(b) 말뚝선을 사용하지 마십시오. 모든 스텁은 노이즈의 원인이기 때문입니다. 스텁 라인이 짧으면 전송 라인 끝에서 종료할 수 있습니다. 스텁 라인이 길면 주 전송 라인이 소스로 사용되어 반사가 커지고 문제가 복잡해지므로 사용하지 않는 것이 좋습니다.
커플링
1. 공통 임피던스 커플 링 : 공통 커플 링 채널, 즉 간섭 소스와 간섭 장치는 종종 특정 도체 (예 : 루프 전원, 버스, 공통 접지 등)를 공유합니다.
2. 필드 공통 모드 커플 링은 방사 소스가 간섭 회로와 공통 기준면에 의해 형성된 루프에 공통 모드 전압을 유발합니다. 자기장이 우세한 경우 직렬 접지 루프에서 생성된 공통 모드 전압 값은 Vcm=-(△B/△t)*면적(△B=자기 유도 강도 변화)입니다. 전자기장 인 경우 전기장 값, 유도 전압 : Vcm = (L * h * F * E) / 48, 공식은 L (m) = 150MHz 이하에 적용 할 수 있으며,이 한계를 초과하면 최대 유도 전압의 계산을 Vcm = 2 * h * E로 단순화 할 수 있습니다.
3. 차동 모드 필드 커플 링 : 회로 기판과 그 루프의 와이어 쌍 또는 리드에 의해 유도되고 수신되는 직접 방사선을 나타냅니다. 두 전선에 최대한 가까운 경우. 이 커플 링은 크게 줄어들어 간섭을 줄이기 위해 두 개의 와이어를 함께 꼬을 수 있습니다.
4. 라인 간 커플링(누화)은 모든 라인을 병렬 회로 간의 바람직하지 않은 커플링과 동일하게 만들 수 있으며, 이는 시스템의 성능을 심각하게 손상시킬 수 있습니다. 그 유형은 용량성 누화와 유도성 누화로 나눌 수 있습니다. 전자는 라인 사이의 기생 커패시턴스가 전류 주입을 통해 노이즈 수신 라인에 결합된 노이즈 소스의 노이즈를 만들기 때문입니다. 후자는 바람직하지 않은 기생 변압기의 1차 단계와 2차 단계 사이의 신호 결합으로 상상할 수 있습니다. 유도 누화의 크기는 두 루프의 근접성과 루프 영역의 크기, 영향을 받는 부하의 임피던스에 따라 달라집니다.
5. 전력선 연결: AC 또는 DC 전력선이 전자기 간섭을 받은 후 전력선이 이러한 간섭을 다른 장치로 전송하는 것을 말합니다.
PCB 설계에서 누화를 제거하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
1. 두 가지 유형의 누화 모두 부하 임피던스가 증가함에 따라 증가하므로 누화로 인한 간섭에 민감한 신호 라인은 적절하게 종단되어야 합니다.
2. 정전식 누화를 효과적으로 줄이기 위해 신호선 사이의 거리를 최대한 늘립니다. 접지층 관리를 수행하고 배선 사이의 간격을 두고(예: 활성 신호 라인과 접지선, 특히 상태와 접지가 전환된 신호 라인 사이) 리드 인덕턴스를 줄입니다.
3. 인접한 신호선 사이에 접지선을 삽입하면 용량성 누화를 효과적으로 줄일 수 있습니다. 이 접지선은 1/4 파장마다 접지에 연결해야 합니다.
4. 유도 누화의 경우 루프 면적을 최대한 줄여야 하며, 허용되는 경우 이 루프를 제거해야 합니다.
5. 신호 공유 루프를 피하십시오.
6. 신호 무결성에 중점: 설계자는 신호 무결성을 해결하기 위해 용접 공정 중에 종단을 구현해야 합니다. 이 방법을 채택한 설계자는 우수한 신호 무결성 성능을 얻기 위해 차폐 동박의 마이크로스트립 길이에 집중할 수 있습니다. 통신 구조에서 고밀도 커넥터를 사용하는 시스템의 경우 설계자는 종단에 PCB를 사용할 수 있습니다.
전자기 간섭
속도가 증가함에 따라 EMI는 점점 더 심각해지고 여러 측면(예: 상호 연결시 전자기 간섭)에서 나타나며 고속 장치는 특히 이에 민감하고 고속 거짓 신호를 수신하고 저속 장치는 이러한 거짓 신호를 무시합니다.
PCB 설계에서 전자기 간섭을 제거하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.:
1. 루프 줄이기: 각 루프는 안테나와 동일하므로 루프 수, 루프 영역 및 루프 안테나 효과를 최소화해야 합니다. 신호가 두 지점에서 하나의 루프 경로만 있는지 확인하고, 인위적인 루프를 피하고, 파워 레이어를 사용해 보십시오.
2. 필터링: 필터링을 사용하여 전력선과 신호선 모두에서 EMI를 줄일 수 있습니다. 콘덴서, EMI 필터 및 자기 부품의 세 가지 방법이 있습니다.
3. 차폐. 공간 문제와 차단에 대해 논의하는 많은 기사로 인해 자세히 소개하지 않겠습니다.
4. 고주파 장치의 속도를 줄이십시오.
5. PCB 기판의 유전 상수를 높이면 기판에 가까운 전송선과 같은 고주파 부품이 바깥쪽으로 방사되는 것을 방지할 수 있습니다. PCB 기판의 두께를 늘리고 마이크로스트립 라인의 두께를 최소화하면 전자기 와이어가 넘치는 것을 방지할 수 있습니다., 또한 방사선을 방지할 수 있습니다.
논의의 이 시점에서, 고주파 PCB 설계에서, 다음 원칙을 따라야 한다는 것을 요약할 수 있습니다.:
1. 힘과 땅이 통일되고 안정적입니다.
2. 신중한 배선과 적절한 종단으로 반사를 제거할 수 있습니다.
3. 신중한 배선과 적절한 종단은 용량성 및 유도성 누화를 줄일 수 있습니다.
4. EMC 요구 사항을 충족하기 위해 소음을 억제해야 합니다.