Σχεδιασμός αντιδιαταραχών PCB: Από τη θεωρία στην πράξη, 3 βασικές συμβουλές για σταθερά σήματα

1. Εισαγωγή: Γιατί το PCB σας υποφέρει από παρεμβολές;

Κατά τον σχεδιασμό βιομηχανικών κυκλωμάτων ελέγχου ή υψηλής συχνότητας, πολλοί μηχανικοί αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα: το PCB λειτουργεί κανονικά στο εργαστήριο, αλλά παρουσιάζει απώλεια σήματος ή σφάλματα δεδομένων επί τόπου. Αυτό οφείλεται κυρίως στον ανεπαρκή "σχεδιασμό κατά των παρεμβολών". Οι παρεμβολές προέρχονται από πηγές όπως η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η κακή γείωση και ο θόρυβος ισχύος, αλλά οι λύσεις ακολουθούν ένα σαφές μοτίβο. Σήμερα, θα μοιραστούμε 3 πρακτικές συμβουλές κατά των παρεμβολών που μπορείτε να εφαρμόσετε άμεσα.

2. 3 Πρακτικές Συμβουλές κατά των Παρεμβολών

1. Συμβουλή 1: "Μονοσημειακή Γείωση" έναντι "Πολυσημειακής Γείωσης"—Επιλέξτε τη Σωστή

    

   Η γείωση είναι το θεμέλιο της αντι-παρεμβολής, αλλά πολλοί άνθρωποι συγχέουν τα σενάρια εφαρμογής αυτών των δύο μεθόδων. Για παράδειγμα, η χρήση μονοσημειακής γείωσης για κυκλώματα υψηλής συχνότητας (συχνότητα >10MHz) οδηγεί σε υπερβολικά μακριά καλώδια γείωσης, δημιουργώντας παρασιτική επαγωγή που εισάγει παρεμβολές. Η χρήση πολυσημειακής γείωσης για κυκλώματα χαμηλής συχνότητας (συχνότητα <1MHz) σχηματίζει βρόχους γείωσης, προκαλώντας σύζευξη θορύβου.

    

   Πρακτική Μέθοδος: Χρησιμοποιήστε "μονοσημειακή γείωση" για κυκλώματα χαμηλής συχνότητας (π.χ., αναλογικοί αισθητήρες), όπου όλα τα καλώδια γείωσης συγκλίνουν σε ένα σημείο γείωσης. Χρησιμοποιήστε "πολυσημειακή γείωση" για κυκλώματα υψηλής συχνότητας (π.χ., μονάδες RF), διατηρώντας το μήκος του καλωδίου γείωσης κάτω από το 1/20 του μήκους κύματος (π.χ., <6mm για κυκλώματα RF 2,4GHz) για να μειώσετε την παρασιτική επαγωγή.

2. Συμβουλή 2: Διπλή Καταστολή του Θορύβου Ισχύος με "Θωρακισμένα Κουτιά" + "Φίλτρα Πυκνωτών"

    

   Ο θόρυβος ισχύος είναι μια σημαντική πηγή παρεμβολών—ειδικά οι μεταγωγικοί τροφοδοτικοί, οι οποίοι δημιουργούν σημαντικό θόρυβο υψηλής συχνότητας που διαδίδεται σε βασικά τσιπ μέσω των γραμμών ισχύος. Πολλοί άνθρωποι προσθέτουν μόνο έναν πυκνωτή φίλτρου στην είσοδο ισχύος, αγνοώντας τη σημασία της "θωράκισης."

    

   Πρακτική Μέθοδος: Προσθέστε ένα μεταλλικό θωρακισμένο κουτί γύρω από τις μονάδες ισχύος (π.χ., τσιπ DC-DC) και γειώστε το κουτί. Εν τω μεταξύ, παράλληλα δύο πυκνωτές δίπλα στο ακροδέκτη ισχύος του τσιπ: έναν κεραμικό πυκνωτή 100nF (φιλτράρει θόρυβο υψηλής συχνότητας) και έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή 10μF (φιλτράρει θόρυβο χαμηλής συχνότητας). Διατηρήστε τους πυκνωτές σε απόσταση 5mm από τον ακροδέκτη του τσιπ για να συντομεύσετε τον βρόχο ρεύματος.

3. Συμβουλή 3: Σχεδιασμός "Διαφορικής Δρομολόγησης" για Αντίσταση στις Εξωτερικές Παρεμβολές

    

   Για διαφορικά σήματα όπως RS485 και CAN, η ακατάλληλη δρομολόγηση τα καθιστά ευάλωτα σε εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, προκαλώντας αστοχίες επικοινωνίας. Για παράδειγμα, το ασυνεπές μήκος ή ο άνισος διαχωρισμός των διαφορικών ζευγών σπάει τη συμμετρία του σήματος, μειώνοντας την ικανότητα κατά των παρεμβολών.

    

   Πρακτική Μέθοδος: Ελέγξτε τη διαφορά μήκους των διαφορικών ζευγών εντός 5% (π.χ., <5mm για συνολικό μήκος 100mm). Διατηρήστε ίσο διαχωρισμό (π.χ., 2mm) κατά τη δρομολόγηση, αποφεύγοντας διασταυρώσεις ή εγγύτητα με άλλες γραμμές σήματος. Παράλληλα μια αντίσταση αντιστοίχισης 100Ω και στα δύο άκρα του διαφορικού ζεύγους για μείωση της ανάκλασης σήματος.

3. Συμπέρασμα: Ο Πυρήνας του Σχεδιασμού κατά των Παρεμβολών—"Μειώστε τις Παρεμβολές στην Πηγή"

Η αντι-παρεμβολή δεν είναι ένα "post-fix"; θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη νωρίς στη φάση σχεδιασμού. Για παράδειγμα, η επιλογή τσιπ με ισχυρές δυνατότητες κατά των παρεμβολών κατά την επιλογή εξαρτημάτων και η διατήρηση των διατάξεων μακριά από πηγές παρεμβολών (π.χ., κινητήρες, ρελέ) είναι πιο αποτελεσματική από την προσθήκη θωρακισμένων κουτιών αργότερα. Συνιστάται να ελέγχετε τη μορφή κύματος των βασικών σημάτων με έναν παλμογράφο μετά από κάθε σχεδιασμό για να συσσωρεύσετε σταδιακά εμπειρία.