Dobór elementów - Zespół Układów Elektronicznych

Transkrypt

Projektowanie urządzeń
elektronicznych
EMC:
dobór elementów,
okablowanie, projektowanie
PCB, zabezpieczenia
Układy cyfrowe i mikroprocesorowe
1
Podstawowe błędy – nieodpowiedni dobór elementów ze
względu na szybkość działania.
Pamiętaj:
- dobieraj sygnał zegara taktującego procesor o możliwie
małej częstotliwości i dużej stromości zboczy
- nie stosuj układów serii AC (tp=3ns) gdy seria HC
(tp=10ns) jest wystarczająca
- nie stosuj serii HC gdy CMOS 4000 (tp=90ns) jest
wystarczająca
Przeglądaj oferty różnych producentów:
– układ (procesor) danego typu może być produkowany
przez wiele firm
- pomimo spełniania identycznych funkcji różnica pomiędzy
układami może wynikać z zaprojektowania mniej lub bardziej
przyjaznej struktury pod względem EMC
- część producentów podaje parametry układów związane z
EMC
2
Rozmieszczenie pinów układów scalonych ułatwiające
odsprzęganie zasilania:
- sąsiadujące piny masy i zasilania
- zwielokrotnione piny masy i zasilania
- położone „centralnie” piny masy i zasilania
Dla wszystkich przypadków - mała indukcyjność
wzajemna, brak „pętli” prądowych w obwodach zasilania,
łatwość odsprzęgania pojemnościami!
Redukcja emisji zaklóceń poprzez kontrolę „slew rate” dV/dt i dI/dt – nie
zawsze możliwa (konieczny kompromis).
Dla bardzo szybkich sygnałów konieczne dopasowanie linii i
prowadzenie ścieżek na PCB z kontrolą impedancji.
Dla szybkich sygnałów (f > 66MHz) stosowanie transmisji różnicowej ‘
+ ‘ zamiast stosowania masy ‘0V’ do powrotu sygnału.
Stosowanie układów o mniejszej emisji zakłóceń, np. układy ACQ i
ACTQ mają zmniejszoną emisję aniżeli AC i ACT. 80C51 Philipsa jest
„cichszy” od 80C51 innych producentów.
3
Preferowanie jest stosowanie układów pracujących bez nasycenia
ponieważ ich czasy narostu i opadania są mniej strome - unikamy
wyższych harmonicznych (unikamy układów TTL).
Stosujemy układy o małej pojemności wejściowej unikając dużych
impulsów prądowych przy zmianie stanu sygnału cyfrowego.
Minimalizujemy w ten sposób emisję pola magnetycznego i dużych
prądów wracających przez masę do zasilania.
Unikamy stanów nieustalonych w liniach zasilających. Przyczyną
mogą być układy „totem – pole” w IC. Stosujemy układy o „low levels
power supply transient”.
Pracujemy z prądami wyjściowymi o wartościach nie większych niż
wymaga tego układ. Niepotrzebne zwiększenie prądu wyjsciowego –
zwiększenie emisyjności.
4
Unikamy stosowania podstawek (dłuższe doprowadzenia, większe
wartości elementów pasożytniczych) – lutujemy układu bezpośrednio
do płytki.
Stosujemy elementy o jak najmniejszych obudowach (SMD).
Jeżeli musimy zastosować podstawkę (np. ZIF na płycie głównej)
wybieramy model do montażu powierzchniowego o możliwie
krótkich doprowadzeniach.
5
Układowe metody redukcji zakłóceń
Do kontroli wejść, sterowania klawiatur stosujemy układy reagujące
na poziom sygnału cyfrowego, a nie na zbocze.
Układy reagujące na zbocze są bardzo czułe na zakłócenia
wysokoczęstotliwościowe i na ładunki elektrostatyczne (ESD).
Dla linii transmisyjnych i długich połączeń na PCB stosujemy
sygnały tak wolne jak to możliwe o małej stromości zboczy.
W celu kontroli wyższych harmonicznych sygnałów, zwłaszcza
podczas budowania prototypów, stosujemy zabiegi ograniczające
czasy narostu i opadania sygnałów na wyjściach linii transmisyjnych
(koralikowe rdzenie ferrytowe, szeregowe rezystory, układy RC)
Ograniczamy wartości pojemności obciążenia zmniejszając
impulsy prądowe przy zmianie stanów logicznych.
Układy typu „open collector” umieszczamy możliwie blisko obciążenia i
stosujemy w nich jak największe wartości rezystancji.
Szybkie układy cyfrowe umieszczamy możliwie daleko od kabli i złączy
(kable – anteny odbiorcze, tzw ‘crosstalk’).
Dobrej jakości, układowy watchdog jest bardziej odporny na
zakłócenia od programowego.
Stosowanie układowego! monitora napięcia zasilania pozwala na
uniknięcie błędów pracy układu cyfrowego spowodowanych
wahaniami napięć zasilających.
6
Nieodzowne jest stosowanie wysokiej jakości RF filtrowania i
odsprzęgania napięć zasilających oraz odpowiedniego zaprojektowania
PCB (masy cyfrowa, analogowa, linie transmisyjne, prowadzenie
ścieżek z kontrolą impedancji itp.)
Stosowanie układów asynchronicznych (naturally clocked) zmniejsza
poziom zakłóceń i poziom mocy pobieranej (np. procesory ARM).
Część układów cyfrowych monitorujących zakłócenia o dużym
poziomie musi być ekranowana poprzez przylutowanie do PCB ich
metalowej obudowy.
Układy zegarowe:
- są największym źródłem zakłóceń
- staramy się stosować w nich jak najkrótsze doprowadzenia
- jeżeli przesyłamy sygnał zegara na większą odległość umieszczamy
bufor zegara przy obciążeniu
- gdy sygnał zegara się zniekształci (zaokrągli, nawet do kształtu sinusa)
to dobrze – będzie emitował mniejsze zakłócenia, odtworzenie
prawidłowego kształtu zapewni np. bramka typu „schmitta” umieszczona
na końcu linii
- czasami stosuje się sygnał zegarowy o rozmytym widmie
7
Układy analogowe
Demodulacja sygnałów RF
8
Układy analogowe
Demodulacja sygnałów RF - duży problem w układach analogowych ale
również dotyczy on układów cyfrowych.
Nawet wolne WO są narażone na sygnały np. telefonii komórkowej.
Układy analogowe
Aby układ był odporny na zakłócenia RF musi pracować stabilnie i
liniowo dla zakłóconych napięć: wejściowych, wyjściowych i zasilających
co może być problemem dla układów ze sprzężeniem zwrotnym.
Test odporności na zakłócenia, liniowości i stabilności:
1. odłączyć od układu, źródło obciążenie i filtry przeciwzakłóceniowe
2. podać na wejście układu (jeżeli możliwe to także na wyjście) oraz
poprzez kondensator na zasilanie, szybki (czas narostu < 1ns) sygnał
prostokątny o amplitudzie, dla której Uwypp jest równe 30%
maksymalnej amplitudy powodującej obcinanie napięcia. Częstotliwość
sygnału powinna być zbliżona do środkowej częstotliwości pasma
przenoszenia sygnału.
3. Obserwujemy zachowanie napięcia wyjściowego na oscyloskopie
(slew rate, ringing itp.)
9
Układy analogowe
Dla układów ze SZ: ‘slew rate’ powinien być jak największy, nie
powinny występować przesterowania. ‘Dzwonienia’ dłuższe niż dwa
okresy lub ‘paczkowane’ świadczą o niestabilności układu.
Osiągnięcie dobrej stabilności przy obciążeniu pojemnościowym
wymaga zbocznikowania jego rezystancją o małej wartości
(zazwyczaj podawanej przez producenta WO)
W układach całkujących wymagane jest zastosowanie, oprócz
właściwej gałęzi sprzężenia, szeregowego połączenia małego rezystora
(typ. 560Ω) z kondensatorem o pojemności >10pF. Zabieg ten jest
efektywny tylko w przypadku częstotliwości, dla których wzmacniacz z
zamkniętą pętla SZ ma mniejsze wzmocnienie od układu z bez SZ.
Nigdy nie używamy aktywnych gałęzi SZ.
Układy analogowe
Czasami dla osiągnięcia stabilności układ wymaga zastosowania filtrów RF we
wszystkich gałęziach układu (we, wy, zasilanie)
10
Układy analogowe
Zastosowanie we i wy różnicowego pozwala zmniejszyć rozmiary filtrów
dla małych częstotliwości.
We i wy filtry są niezbędne gdy sygnały do wzmacniacza
doprowadzane/odprowadzane są kablami i liniami transmisyjnymi. W
przypadku prowadzenia sygnału po PCB (małe odległości) filtrowanie
nie jest konieczne.
Wszystkie układy analogowe wymagają dobrej jakości odsprzęgania
RF w obwodach zasilających i referencyjnych. W wielu przypadkach
podobne zabiegi należy przeprowadzić dla zakresu małych
częstotliwości układami RC i LC (szumy).
Staramy się unikać we i wy wysokoimpedancyjnych (wpływ E).
Komparatory powinny pracować w układach z histerezą.
Układy przełączające
(switch-mode circuits)
Poziom zakłóceń zależy od wybranej struktury (twarde przełączanie,
ZVS, ZCS, układy rezonansowe, SEPIC, Cuk).
Wpływ na emitowane zakłócenia w układach przełączających
mają także :
- czasy narostu dV/dt i dI/dt
- elementy pasożytnicze L i C
- budowa tranzystorów i odprowadzanie ciepła (np. TO247 – 50pF)
- trr układów prostowniczych
Najprostszym sposobem minimalizacji zakłóceń jest ekranowanie
układów emitujących je, choć nie zawsze jest to sposób skuteczny.
Dlatego projektujemy układy tak aby zminimalizować emitowane
zakłócenia.
11
Często stosowanym sposobem eliminacji zakłoceń wysokoczęstotliwościowych jest tzw. ‘snubbing’. Istnieją różne układy snubberów.
Inny sposób eliminacji zakłóceń jest zastosowanie „fast recovery”
prostowników.
12
Zakłócenia mogą być także przenoszone poprzez obwody magnetyczne
(w obie strony). Same elementy magnetyczne też mogą emitować
zakłócenia.
Przesyłanie sygnałów
Najlepszy sposób na uniknięcie przenoszenia zakłóceń podczas
transmisji sygnałów jest zastosowanie bezprzewodowych łączy:
podczerwień, światło widzialne, IRDA, światłowody lub łączności
radiowej.
Łącza kablowe także wymagają pewnych zabiegów aby uniknąć
zakłócania przesyłanych sygnałów.
Dla sygnałów o wysokich częstotliwościach stosujemy dopasowanie
linii transmisyjnych, a na PCB prowadzenie ścieżek z kontrolą
impedancji.
Stosujemy transformatory dopasowujące i dławiki tłumiące sygnały
wspólne.
13
14
15
16
Kable i konektory
Kable i inne połączenia, długie ścieżki na PCB to anteny!
Kable i konektory
17
Kable i konektory
Zmienne napięcie – E. Zmienny prąd – M; (30MHz – EM dla 1.5m, 300
MHz – EM dla 150mm, 900 MHz – EM dla 50mm)
Kable i konektory
Gdy długość przewodu porównywalna jest z λ może on stać się
obwodem rezonansowym (będzie dostrojoną anteną).
18
Kable i konektory
Zjawiska niepożądane w przewodach:
- rezystancja przewodu o śr. 1mm dla f = 160 MHz jest 50-krotnie
większa niż dla DC (skinn effect 67% prądu płynie przez zewnętrzne
5µm przewodu)
- 25mm przewód o śr. 1mm ma pojemność własną 1pF co daje wartość
modułu reaktancji 910Ω dla f = 176 MHz
- pin konektora o dł. 10 mm i średnicy 1mm ma induktancję własną 10nH,
co dla przepływu przez pin fali prostokątnej o f = 16MHz i prądzie 40 mA
powoduje spadek napięcia 40 mV i może on się stać źródłem zakłóceń
EMC
- 1m przewód ma induktancję równą 1µH
Dlatego czasem lepiej użyć łączy bezprzewodowych!!!
Kable i konektory
19
Kable i konektory
Zastosowanie linii transmisyjnych zapobiega powstawaniu efektów
antenowych w kablach.
Kable i konektory
20
Kable i konektory
Kable i konektory
21
Kable i konektory
Kable i konektory
Dla płaskich kabli i konektorów ważne jest rozłożenie
sygnałów:
- duża efektywność: return – signal – return – signal – return
etc.
- mniejsza efektywność ale stosowane: return – signal –
signal – return – signal – signal – return etc.
Lepiej stosować skrętkę (węższe pasmo) niż kable
równoległe.
22
Kable i konektory
Ekranowanie kabli:
- spiralnie zwijana folia – dobre ekranowanie dla f < 1MHz
- podłużnie zwijana folia – lepsze właściwości od poprzedniej
- folia z dodatkowym oplotem – dobre ekranowanie dla f <
10MHz
- ciągły, miedziany ekran – lepszy od poprzedniego sposobu
- „Superscreened” kable, ekran wykonany ze stopu niklu
(75%) i żelaza (15%) z niewielkimi dodatkami miedzi i
molibdenu – najlepsze właściwości, zastosowania w
lotnictwie i militarne.
Kable i konektory
Ułożenie sygnałów na pinach gniazd dla połączeń
pomiędzy płytkami drukowanymi:
- najlepiej: 0V – signal – +V - 0V – signal - +V – 0V etc.
- gorsze właściwości ale stosowane: 0V – signal - +V –
signal – 0V – signal - +V – signal – 0V etc.
23
Kable i konektory
Kable i konektory
24
Filtrowanie i ochrona przed wyładowaniami
elektrostatycznymi
elektrostatycznymi
Sposoby filtracji:
- rezystor – wprowadza ewentualne tłumienie w zakresie w. cz. Ze
względu na swoje parametry pasożytnicze: indukcyjność i pojemność.
Przybiera on charakter tłumiącego obwodu rezonansowego.
- stosowane elementy magnetyczne posiadają zazwyczaj zamknięty
rdzeń, bez szczeliny. Ich ograniczenie wynika z pasożytniczej
pojemności własnej i nieliniowej pracy związanej z nasyceniem rdzenia,
dla zakresu m. cz. stosuje się rdzenie tzw. „soft ferrites’. Dobra
efektywność rdzeni do około 1 GHz, choć zaczynają być dostępne
materiały o paśmie paracy do 2 GHz.
- ograniczenia w stosowaniu pojemności wynikają z ich indukcyjności
pasożytniczych (rezonans własny)
25
elektrostatycznymi
Sposoby filtracji:
- filtry RC posiadają najbardziej przewidywalne zachowanie przy
tłumieniu sygnałów ze względu na ‘słaby’ rezonans własny. Najlepszy
dobór elementów: duże R (1 – 10) kΩ, małe C (> 10nF). Chętnie
stosowane w tłumieniu zakłóceń w zakresie m. cz.
- filtry LC, Tee i ‘π’ posiadają duże tłumienie, zwłaszcza w zakresie w. cz.
Wadą ich jest ‘wyraźny’ rezonans własny i duża czułość na
dopasowanie.
- filtry Tee typ RCR często stosowane przy połączeniu komputerowych
płyt głównych do ekranów i innych urządzeń peryferyjnych, gdzie odbywa
się szybka transmisja danych przez magistrale danych lub płaskie linie
kablowe. Są to filtry typu C; rezystory odgrywają role terminatorów linii
transmisyjnych (22 – 100) Ω. Często są produkowane jako
drabinki/matryce RCR w obudowach SMD.
elektrostatycznymi
Tryb pracy ‘wspólny’ i ‘różnicowy’
26
elektrostatycznymi
elektrostatycznymi
Duża czułość na
niedopasowanie
27
elektrostatycznymi
Mała czułość na
niedopasowanie
Duży problem w
filtrowaniu RF –
słabe parametry sieci
energetycznej w
zakresie RF
elektrostatycznymi
Montaż
filtrów
28
elektrostatycznymi
Ochrona przeciw ładunkom elektrostatycznym:
- GDT (gas discharge tube) – gazowe, powietrzne iskierniki
(różne zastosowania, m. in. linie transmisyjne)
- MOV (metal oxide varistors) – warystory
- AD (avalanche devices) – półprzewodnikowe podzespoły
lawinowe (szybkie diody Zenera, transile); mała moc
- SCR (tyrystory) – półprzewodnikowe, wolne ale duży prąd
zwarciowy
elektrostatycznymi
29
elektrostatycznymi
elektrostatycznymi
30
elektrostatycznymi
elektrostatycznymi
31
elektrostatycznymi
elektrostatycznymi
32
elektrostatycznymi
Ekranowanie
Ekranowanie – wprowadzenie nieciągłości impedancji na
drodze propagacji fali elektromagnetycznej (tak jak filtr w
obwodzie elektrycznym). Jest to skuteczny sposób
eliminacji zakłóceń. Wady:
- wzrost kosztów urządzenia,
- wzrost wagi
- wzrost wymiarów
33
Ekranowanie
Materiały o grubości 0.5 mm i większej wprowadzaja dobre
tłumienie fal o f > 1MHz, a bardzo dobre dla f > 100 MHz.
Ograniczenia:
- grubość materiału
- słabe tłumienie poniżej 1 MHz,
- otwory
Generalnie: ‘Bigger and rectagular is better’ – (duże
odległości elementów układu i ścieżek od ścianek
polepszają parametry ekranowania
Ekranowanie
34
Ekranowanie
Otwory
(apertury)
Ekranowanie
35
Ekranowanie
Ekranowanie
36
Ekranowanie
Ekranowanie
37
Ekranowanie
Np. 430mm wąska szczelina w panelu przednim 19’’ racka
jest półfalowym rezonatorem dla f = 350 MHz, czyli
począwszy od tej częstotliwości metalowa obudowa traci
właściwości ekranujące.
Dla efektywności ekranowania (SE) 20 dB dla f = 1 GHz
apertura nie powinna być większa niż 16 mm, dla SE = 40
dB wymiar graniczny wynosi 1.6 mm.
Ekranowanie dla m. cz. (pola magnetyczne) – ekrany
wykonane z MuMetalu lub Radiometalu (duże µ).
Ekranowanie
38
Ekranowanie
Ekranowanie
Elektromagnetyczne
uszczelnianie
39
Ekranowanie
Ekranowanie
Ekranowanie
wyświetlaczy
Można
stosować
lakiery
przewodzące
40
Ekranowanie
Ekranowanie
41
Ekranowanie
PCB też
można
wykorzystać
do
ekranowania
PCB
Odpowiednie zaprojektowanie PCB (printed crcuit board)
może bardzo wpłynąć na EMC układu/urządzenia (może się
okazać, że nie musimy stosować lub ograniczyć inne metody
eliminacji zakłóceń), przez co wpływamy na koszty całości.
Często w procesie projektowania definiujemy dwa obszary:
- ‘outside - world’ – gdzie kontrola ‘środowiska elektromagnetycznego’
jest ograniczona lub wręcz niemożliwa
- ‘inside – world’ – gdzie osiągamy pełną kontrolę nad ‘środowiskiem
elektromagnetycznym’
42
PCB
Granica pomiędzy obszarami jest czasami ciężka do zdefiniowania (np.
części przewodzące układu, kable, przełączniki źle lub niedostatecznie
ekranowane).
Najlepsze efekty jeżeli chodzi o koszt urządzenia i kontrolę EMC dają
urządzenia z pojedynczą płytką drukowaną, gdzie mamy ułatwioną
kontrolę nad EMC.
Gdy zdefiniujemy granice ‘inside world’ musimy ją podzielić na podukłady
o różnorodnych właściwościach ze względu na EMC, (stosując
kolokwializmy elektroniczne) np.: ‘brudne’, szybkie, wysokoszumowe,
potencjalnie ‘agresywne’, ‘czyste’, czułe, ciche, mogące być
potencjalnymi ofiarami zakłóceń itp.
PCB
I tak np. prawdopodobieństwo, że układ może być
‘agresywny’ zależy od maksymalnych stromości zboczy
sygnałów w nim płynących dV/dt i dI/dt.
Prawdopodobieństwo, że układ będzie potencjalną ofiarą
zakłóceń zależy od poziomu sygnałów w nim płynących i
marginesu szumów (czułości).
Dlatego układ wymaga podziału i odpowiedniego
rozmieszczenia podukładów, a zwłaszcza rozdzielenia
masy na analogową i cyfrową/impulsową.
43
PCB
PCB
44
PCB
PCB
Zasady rozmieszczania elementów:
Układy zakłócające lub wrażliwe na zakłócenia powinny być
rozmieszczone na wstępie projektowania, jeżeli to możliwe na blisko
środka płytki, jak najdalej od kabli i przewodów.
Do układów tych należą:
- układy zegarowe (ekstremalnie szumiące),
- układy cyfrowe współpracujące z magistralami danych (bardzo
zakłócające),
- mikrokontrolery (zakłócające);
- tranzystory, diody prostownicze, dławiki, transformatory, radiatory
przetwornic impulsowych (bardzo zakłócające)
- analogowe układy scalone (czułe) i wzmacniacze małych (mV)
sygnałów (bardzo czułe)
45
PCB
Po zminimalizowaniu połączeń elementów z płaszczyzny odniesienia
(GND, ‘0V’) wykonujemy rozprowadzenia sygnałów zegarowych
(ekstremalnie agresywnych). Sygnały te powinny być rozprowadzone z
wykorzystaniem jednej warstwy płytki drukowanej w odniesieniu do ‘0V’.
Połączenia powinny być możliwie krótkie, czasami powinno się użyć linii
transmisyjnych (prowadzenie ścieżek z kontrolą impedancji).
Szyny transmisyjne powinny być poprowadzone jako następne,
korzystając z wcześniej podanych zasad.
Bardzo wrażliwe połączenia, zwłaszcza te po których przesyłane są
słabe sygnały prądowe/napięciowe, powinny być poprowadzone z dala
od ścieżek z sygnałami cyfrowymi.
PCB
Inne połączenia analogowe i cyfrowe powinny być poprowadzone także z
uwzględnieniem ich agresywności i czułości. Jeżeli trudne jest
scharakteryzowanie sygnałów na drodze analizy układu konieczny jest
pomiar emisyjności prototypu za pomocą:
- oscyloskopu i sond napięciowych/prądowych,
- sondy pętlowej (antena ramowa; emisyjność pola magnetycznego)
- sondy pola elektrycznego (emisyjność pola elektrycznego)
- ‘Bug detectora’ (pomiaru całkowitego pola EM bez informacji o
składowych widmowych)
Czasami konieczne jest zastosowanie, ekranowania,
optoizolacji itp.
46
PCB
PCB
47
PCB
PCB
48
PCB
PCB
Wszystkie ścieżki posiadają rezystancje i induktancje
(zasada 1nH/mm). Oznacza to, że ścieżka o dłgości 10 mm
ma impedancję równą 6.3 Ω dla f = 100 MHz, a 63 Ω dla f
= 1GHz. Dlatego dla wielkich częstotliwości stosujemy
połączenia ‘obszarami’ a nie ścieżkami (chyba, że z
kontrolą impedancji).
Masa płytki powinna stanowić obszar dla zminimalizowania
parametrów pasożytniczych, nie powinna być ścieżką!!!
Masa powinna leżeć pod wszystkimi elementami i ścieżkami,
wszystkie otwory, przelotki (via) itp. osłabiają właściwości
masy dla RF.
49
PCB
Zasada mówi, że masa zachowuje swoją efektywność gdy wszystkie
szczeliny i przerwy nie będą większe niż 0.01λ sygnału o najwyższej
częstotliwości jaki może się pojawić na płytce (np. dla f = 1GHz, FR4, l
< 1.5mm).
Dla płytek wielowarstwowych dobre właściwości masy uzyskujemy gdy
jej obszar jest szerszy od powierzchni wszystkich połączeń i elementy
znajdujących się na płytce. Szerokość ta powinna wynosić co najmniej
20 krotność odległości pomiędzy warstwami.
Masa ‘jednopunktowa’ dla f < 1MHz. Dla f większych masa powinna
być wielopunktowa w celu uniknięcia powstawania pętli prądowych.
PCB
50
PCB
PCB
Przykładowe
połączenia
elementów do
masy
(nie stosować
dla padów
prostych
stosunków dł.
1:2 itp. aby
uniknąć
rezonansu
własnego)
51
PCB
Płytki wielowarstwowe – koszt płytki czterowarstwowej przekracza o
(20 – 50) % koszt płytki dwuwarstwowej ale daje wiele więcej
możliwości poprawy EMC układu:
- rozdzielenie warstw dla sygnałów cyfrowych i analogowych
- ograniczenie kosztów ze względu na brak konieczności stosowania
intensywnego filtrowania zasilania, głównie dla części cyfrowej
urządzenia (dławiki, koraliki itp.)
- redukcję kosztów z powodu nie stosowania ekranowania itp.
PCB
Odsprzęganie linii zasilających – utrzymanie impedancji linii zasilających
mniejszej niż 1Ω w całym zakresie częstotliwości pracy układu
(zazwyczaj 150kHz – 1GHz).
Sposoby:
- zastosowanie dużego kondensatora w miejscu podłączenia linii
zasilającej do PCB (100µF lub większy, w zależności od prądu
pobieranego przez układ)
- na płytce rozmieszczając duże kondensatory stosujemy zasadę „µF
na jednostkę powierzchni”
- stosuj kondensatory o możliwie małym ESR
- przy każdym pinie zasilającym IC stosujemy odsprzęganie
Problem – rezonans własny kondensatorów!!!
52
PCB
f =
1
2π LC
gdzie L to ESL kondensatora + całkowita indukcyjność doprowadzeń i ścieżek
Ze względu na rezonanse własne kondensatorów
stosujemy odsprzęganie wielostopniowe, zależne od
zakresu częstotliwości pracy układu.
Najlepsze właściwości mają ceramiczne kondensatory SMD
typu COG i NPO.
PCB
53
PCB
PCB
54
PCB
PCB
55
PCB
PCB
(Ln – log. nat.)
56
PCB
PCB
Dla linii obciążonej:
Gdzie Cd jest sumaryczną pojemnością obciążającą linię, a C0 jest
pojemnością charakterystyczną linii nieobciążonej
57
PCB
PCB
58
PCB
PCB
59
PCB
PCB
Zmiana warstw – dla wolnych sygnałów bez znaczenia.
Dla sygnałów szybkich należy jej unikać (np. zmiana
impedancji linii transmisyjnej). Np. dla sygnału o czasie
narostu 2ns zmiana warstwy powinna się odbyć nie dalej
niż 10mm od wyjścia IC lub rezystora terminującego.
Przykładowe rozłożenie sygnałów w warstwach:
- 1. linie transmisyjne i inne krytyczne sygnały,
- 2. ‘0V’,
- 3. ‘+5V’,
- 4. mało krytyczne sygnały
60
PCB
Przykładowe rozłożenie sygnałów w warstwach:
- 1. ‘0V’,
- 2. Linie transmisyjne i inne krytyczne sygnały obrócone o 90 st.
względem warstwy 3,
- 3. Linie transmisyjne i inne krytyczne sygnały obrócone o 90 st.
względem warstwy 2,
- 4. ‘0V’
- 5. ‘+5V’
- 6. mało krytyczne sygnały obrócone o 90 st. względem warstwy 7
- 7. mało krytyczne sygnały obrócone o 90 st. względem warstwy 6
- ‘0V’
PCB
61
PCB
PCB
62
PCB
Zakłócenia sieciowe
Jakość napięcia sieciowego może także wpływać na pracę
układu elektronicznego.
63
64
Dobór
kondensatora
podtrzymujące
go energię
65
Wpływ
odbiorników na
wahania
napięcia
sieciowego
Redukcja zakłóceń
powstających przy
włączaniu/wyłączani
u odbiorników i
zakłóceń iskrowych
66
PFC –
harmoniczne
prostownika
Pczynna
Isk
Obciążenie
A
W
Sieć
230V(±10%)
50Hz
V
η=
Pczynna
U sk • I sk
Usk
W   W 
≤1   = 
VA  War 
Współczynnik mocy (power factor)
67
Poprawa
PFC za
pomocą
pompy
ładunkowej
68
Aktywna
korekcja PFC
Aktywna
korekcja PFC
- przebiegi
69
Zastosowanie
prostowania
„sześciofazowego”
70
Aktywna
korekcja
PFC przy
zasilaniu
trójfazowym
71

Dobór elementów - Zespół Układów Elektronicznych

Transkrypt

Podobne dokumenty

PX200N

infocus - NCAB Group

Kliknij tutaj, aby zobaczyć katalog czujników.