PCB 설계의 간섭을 없애는 방법

정보 기술의 지속적인 발전으로 전자 제품은 기능, 범주 및 구조 측면에서 점점 더 복잡해지고 있으며 PCB 설계는 다층 및 고밀도 방향으로 나아가고 있습니다. 따라서 PCB의 EMC 설계는 기판상의 모든 회로가 상호 간섭되지 않도록 정상적이고 안정적인 작동을 보장할 뿐만 아니라 PCB 설계의 EMC(Electromagnetic Compatibility)에 많은 주의를 기울여야 합니다. 또한 회로가 외부 복사 및 전도에 의해 간섭을 받는 것을 방지하기 위해 PCB의 복사 투과 및 전도 방출을 효과적으로 감소시킵니다. 간섭은 EMC의 가장 큰 적입니다. 하지만 엔지니어 여러분, 이 기사부터는 걱정하지 마세요.

PCB 간섭의 분류

PCB 간섭은 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다.
1). 레이아웃 간섭은 PCB에 부품이 부적절하게 배치되어 발생하는 간섭을 말합니다.
2). 스태킹 간섭은 비과학적인 설정으로 인해 발생하는 노이즈 간섭을 말합니다.
3). 배선 간섭이란 PCB 신호선, 전력선과 접지선 사이의 거리, 선폭 또는 비과학적인 PCB 배선 방법의 부적절한 설정으로 인해 발생하는 간섭을 말합니다.

PCB 간섭 분류 측면에서, EMC 설계 표준과의 호환성을 보장하기 위해 PCB 간섭이 감소되거나 제거된 결과 영향을 받는 레이아웃 규칙, 적층 전략 및 라우팅 규칙의 관점에서 각각 몇 가지 억제 조치를 취할 수 있습니다.

분류에 따른 PCB 간섭 억제 대책

• 레이아웃 간섭 억제 조치

레이아웃 간섭을 막을 수 있는 권한은 다음 6가지 규칙을 준수해야 하는 합리적인 PCB 레이아웃에 있습니다.

1). 각 기능 모듈의 회로 위치는 신호 전류 위치에 따라 합리적으로 설정되어야 하며, 흐르는 방향은 최대한 동일하게 유지되어야 합니다.

2). 모듈 회로의 핵심 부품은 중앙에 위치시키고 부품, 특히 고주파 부품 사이의 리드선은 최대한 짧게 해야 합니다.

삼). 열에 민감한 요소와 칩 간의 통합은 발열체에서 멀리 떨어져 수행해야 합니다.

4). 커넥터 위치는 보드의 구성 요소 위치에 따라 결정되어야 합니다. 커넥터는 PCB의 한쪽 면에 위치하여 케이블이 양면에서 빠져나가는 것을 방지하고 공통 모드(CM) 전류 방사를 감소시켜야 합니다.

5). I/O 드라이버는 보드에서 I/O 신호의 장거리 라우팅을 중지하기 위해 커넥터에 단단히 가까이 있어야 합니다.

6). 열에 민감한 요소는 서로 너무 가깝게 배치해서는 안 되며 입력 및 출력 구성 요소도 멀리 떨어져 있어야 합니다.

• 스태킹 간섭 억제 조치

첫째, 회로 기능의 구현을 보장하는 전력 및 레이어 수를 결정하기 위해 신호 라인 밀도, 전력 및 접지 분류를 포함하여 고려되는 포괄적인 요소로 PCB 설계 정보를 마스터해야 합니다. 적층 전략의 품질은 본질적으로 접지면 또는 전원면의 과도 전압과 전력 및 신호의 전자기 차폐와 관련이 있습니다. 실제 적층 설계 경험을 바탕으로 적층 설계는 다음 규칙을 따라야 합니다.
1). 그라운드 플레인과 파워 플레인은 서로 인접해야 하며 그 사이의 거리는 가능한 한 작아야 합니다.
2). 신호 플레인은 접지 플레인 또는 전원 플레인에 단단히 밀착되어야 합니다. 단일 레이어 또는 여러 레이어 모두 OK입니다.

단층 또는 이중층 PCB 설계 과정에서 전력선과 신호선은 신중하게 설계해야 합니다. 전원 전류의 루프 면적을 줄이기 위해서는 접지선과 전원선이 서로 밀착되어 평행을 유지해야 합니다. 단층 PCB의 경우 중요한 신호선의 양쪽에 보호 접지선을 배치해야 합니다. 한편으로는 신호의 루프 영역을 축소하는 것을 목표로 합니다. 반면에 신호 라인 간의 누화를 피할 수 있습니다.

이중층 PCB의 경우 보호 접지선을 설정하거나 중요한 신호의 이미지 평면에 대규모 영역 접지를 구현할 수 있습니다. PCB 제조 및 어셈블리 디버깅은 간단하고 편리하지만 참조 평면이 없는 루프 영역이 증가함에 따라 방사가 증가하기 때문에 디지털 회로 및 디지털-아날로그 회로와 같은 복잡한 PCB를 직접 시뮬레이션하는 것은 허용되지 않습니다.

비용이 충분하다면 다층 PCB를 제안합니다. 다층 PCB 설계 과정에서 세 가지 규칙을 따라야 합니다.
1). 방사선이 강한 버스 또는 클록 라인과 고감도 라인과 같은 중요한 신호 라인의 경우 두 접지 평면 사이 또는 접지 평면에 밀접하게 가까운 신호 평면에서 라우팅을 구현해야 합니다. 이는 신호 루프 면적 축소에 도움이 됩니다. 방사선 강도 감소 및 간섭 방지 강화.
2). 가장자리 복사는 효과적인 제어 하에 있어야 합니다. 인접한 접지면과 비교하여 전원면은 내부적으로 5~20H(H는 유전체 두께를 나타냄) 줄여야 합니다.
3).. 하층과 상층 사이에 고주파 신호선이 있으면 배치해야 합니다. 고주파 신호 라인이 공간으로 방사되는 것을 방지하기 위해 최상층과 접지면 사이.

• 라우팅 간섭 억제 조치

간섭을 방지하려면 라우팅과 관련하여 다음 규칙을 준수해야 합니다.
1). 출력 단자와 입력 단자의 리드는 장거리에서 평행을 피해야 합니다. 병렬 크로스토크는 접지선을 추가하거나 선간 거리를 늘려서 줄일 수 있습니다.
2). 라우팅 너비는 갑자기 변경할 수 없습니다. 모서리는 호 또는 135°의 각도를 가져야 합니다.
3). 전류 운반 루프의 외부 복사는 루프 면적, 전류 및 신호 주파수의 증가(감소)에 따라 증가(감소)하므로 전류가 흐를 때 리드 루프 면적을 줄여야 합니다.
4). 리드의 임피던스를 줄이려면 리드 길이를 줄이고 너비를 늘려야 합니다.
5). 인접 라인 간의 노이즈 커플링 및 크로스토크를 최소화하기 위해 라인간 아이솔레이션 처리를 수행하여 라우팅 아이솔레이션을 보장합니다.
6). 션트 절연 키 신호를 설정해야 하며 키 신호는 보호 회로로 보호됩니다.

또한 신호선, 전력선 및 접지선을 배선할 때 고유한 특성과 기능에 따라 배선 규칙을 따르십시오.
a. 공용 접지선은 메쉬 또는 루프 패턴으로 PCB 가장자리에 배치해야 합니다. 접지선은 최대한 두껍게 하고 차폐 효과를 강화하기 위해 더 많은 동박을 적용해야 합니다. 아날로그 접지는 디지털 접지로 절연되어야 하며, 아날로그 접지의 저주파 접지에서는 단일점 병렬 연결을 적용해야 합니다. 다점 직렬 연결은 고주파 접지에 적용해야 합니다. 실제 라우팅에서는 직렬 연결과 병렬 연결을 결합할 수 있습니다.
b. 접지선과 전력선의 방향과 데이터 전송 방향이 동기화되도록 전력선의 폭은 가능한 한 늘리고 루프 저항을 줄여야 합니다. 다층 PCB의 경우 전원선과 접지면 또는 전원면 사이의 거리를 줄여야 합니다. 전원은 각 기능부에 독립적으로 공급되어야 하며, 공공전원으로 공급되는 전원회로는 서로 근접하고 호환되어야 한다.
c. 신호 라인은 간섭 신호 결합 경로를 줄이기 위해 가능한 한 짧아야 합니다. 클록 신호 라인과 민감한 신호 라인은 먼저 라우팅되어야 하고, 그 다음에는 고속 신호 라인이 오고, 마지막으로 중요하지 않은 신호 라인이 옵니다. 신호 라인이 서로 호환되지 않는 경우 결합 간섭 생성을 중지하기 위해 절연 처리를 구현해야 합니다. 키 신호 라우팅은 패드 및 스루홀 비아로 인한 분리 영역 또는 참조 평면 공간을 능가할 수 없습니다. 그렇지 않으면 신호 루프 영역이 증가합니다. 한편, 에지 방사를 방지하기 위해 키 신호선과 기준면 사이의 거리는 3H(H는 키 신호선과 기준면 사이의 높이를 나타냄)보다 작을 수 없습니다.

우리가 두려워해야 할 유일한 것은 두려움 그 자체입니다. 전자 엔지니어의 경우 PCB 설계 과정에서 간섭이 항상 당신을 실망시킬 수 있습니다. 그러나 간섭이 어디에서 발생하는지 알고 효과적인 조치를 취하는 한 PCB 성능이 완전히 구현되어 간섭이 확실히 줄어들 것입니다.

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