Interferenzmaßnahmen beim Entwurf von PCB-Leiterplatten

Wenn Sie auf der Suche nach Entstörungsmaßnahmen bei der Entwicklung von Leiterplatten sind, sind Sie hier genau an der richtigen Adresse. Zu diesen Maßnahmen gehören Abschirmung, Erdung, Übertragungsleitungen und Tiefpassfilter. Diese Maßnahmen können dazu beitragen, EMI und Rauschen zu verhindern und die Leistung Ihrer elektronischen Produkte zu verbessern.

Abschirmung

Die Abschirmung ist ein wichtiger Bestandteil des Entwurfsprozesses von Leiterplatten. Sie verhindert, dass elektromagnetische Interferenzen (EMI) die Leiterplatte beeinträchtigen. EMI wird durch elektrische Signale verursacht, die oft eine höhere Frequenz haben als die Leiterplatte selbst. Metallabschirmungen oder Dosen auf der Leiterplatte helfen, diese Art von Interferenz zu blockieren. Die Abschirmung ist ein wichtiger Aspekt des Leiterplattendesigns, unabhängig davon, ob die Leiterplatte für analoge oder digitale Schaltungen ausgelegt ist.

In der Regel besteht das Abschirmungsmaterial aus mehreren Kupferschichten. Diese Kupferschichten sind durch genähte Durchkontaktierungen miteinander verbunden, und die Abschirmungsschicht ist zwischen ihnen eingebettet. Eine massive Kupferschicht bietet eine höhere Abschirmung, während schraffierte Kupferschichten eine Abschirmung bieten, ohne die Flexibilität zu beeinträchtigen.

Abschirmungsmaterialien werden häufig aus Kupfer oder Zinn hergestellt. Diese Metalle sind für die Abschirmung von Schaltungen nützlich, da sie diese vom Rest der Leiterplatte isolieren. Die Abschirmung kann auch die Dicke einer flexiblen Schaltung verändern. Dadurch kann sich die Biegefähigkeit verringern. Die Abschirmungsmaterialien sollten sorgfältig ausgewählt werden, da der Flexibilität einer Leiterplatte gewisse Grenzen gesetzt sind.

Erdung

Die Erdung bei der Entwicklung von Leiterplatten ist wichtig, um die Signalintegrität zu erhalten und EMI zu minimieren. Eine Bezugsmassefläche bietet einen sauberen Rückweg für Signale und schirmt Hochgeschwindigkeitsschaltungen vor EMI ab. Eine ordnungsgemäße Leiterplattenerdung kann auch bei Stromkreisen hilfreich sein. Es gibt jedoch mehrere Faktoren, die beim Entwurf von Leiterplattenschaltungen zu berücksichtigen sind, bevor Sie beginnen.

Isolieren Sie zunächst analoge Massepunkte von der Stromversorgungsebene. Dies kann Spannungsspitzen auf der Stromversorgungsebene verhindern. Verteilen Sie außerdem Entkopplungskondensatoren auf der gesamten Platine. Für digitale Komponenten sollten Sie einen Entkopplungskondensator mit dem gleichen Wert wie die Stromversorgungsebene verwenden. Zweitens: Vermeiden Sie es, die Massefläche auf mehr als eine Lage zu verteilen, da dies den Schleifenbereich vergrößert.

Die Masseflächen sollten nicht zu nahe an den elektronischen Bauteilen liegen. Durch elektromagnetische Induktion (EMI) kommt es zur Kopplung von Signalen, wenn zwei Leiterbahnen zu nahe beieinander liegen. Dieses Phänomen wird als Nebensprechen bezeichnet. Masseflächen sind so konzipiert, dass sie das Übersprechen minimieren und die EMI reduzieren.

Übertragungsleitungen

Übertragungsleitungen sind wichtig für die Gestaltung von Leiterplatten, da sie die Funktionalität der Leiterplatte beeinflussen können. Zu den Eigenschaften einer Übertragungsleitung gehören die charakteristische Impedanz und die Ausbreitungsverzögerung. Wenn diese Parameter nicht kontrolliert werden, können sie Signalreflexionen und elektromagnetisches Rauschen verursachen. Dies mindert die Signalqualität und kann die Integrität der Leiterplatte beeinträchtigen.

Übertragungsleitungen können verschiedene Formen haben, darunter Streifenleitungen und koplanare Wellenleiter. Jede Art von Übertragungsleitung hat eine charakteristische Impedanz, die durch die Breite und Dicke des leitenden Streifens bestimmt wird. Im Gegensatz zu anderen Arten von Übertragungsleitungen benötigen Striplines keine einzige Massefläche, da ihr leitender Streifen zwischen zwei verschiedenen Schichten eingebettet sein kann.

Eine andere Art von Übertragungsleitungen sind Mikrostreifen, die in der Regel auf der äußersten Schicht einer PCB-Leiterplatte verwendet werden. Diese Leiterbahnen haben einen hohen Wellenwiderstand, der sich mit der Frequenz ändert. Dieser Impedanzunterschied führt zu einer Reflexion des Signals, das sich in die entgegengesetzte Richtung ausbreitet. Um diesen Effekt zu vermeiden, muss die Impedanz gleich der Ausgangsimpedanz der Quelle sein.

Tiefpassfilter

Tiefpassfilter werden zum Filtern von Signalen, z. B. Radiowellen, bei niedrigen Frequenzen verwendet. Die Verwendung von Kondensatoren als Tiefpassfilter in einem Leiterplattendesign kann die Leistung einer Schaltung verbessern. Es ist jedoch nicht immer möglich, Rogers 4003 Leiterplattenmaterial zu verwenden, und es ist auch nicht immer auf dem Markt erhältlich.

Ferrite werden häufig als Tiefpassfilter verwendet, aber dieses Material ist anfällig für Sättigung, wenn es Gleichstrom ausgesetzt ist. Daher ist es nicht immer möglich, es als Tiefpasselement zu verwenden, wenn die Impedanz der Schaltung höher ist als die Impedanz des Ferrits.