Powinieneś znać zasadę 20H w projektowaniu PCB. Zasada ta mówi, że krawędź płaszczyzny zasilania musi znajdować się daleko od krawędzi warstwy sygnałowej. Powinna być oddalona co najmniej dwudziestokrotnie od wysokości dielektryka. Pomaga to zmniejszyć zakłócenia elektromagnetyczne. Poprawia również integralność sygnału. Stosowanie zasady 20H zapewnia cichą pracę obwodów. Zapewnia również ich sprawne działanie i niezawodność.
Na wynos
Reguła 20H mówi, że krawędź płaszczyzny zasilania powinna znajdować się daleko od krawędzi płaszczyzny uziemienia. Musi być ona oddalona o co najmniej dwadzieścia razy więcej niż wysokość dielektryka. Ta przestrzeń pomaga zapobiegać zakłóceniom elektromagnetycznym. Poprawia również jakość sygnału.
Zastosowanie reguły 20H pomaga płytce PCB przejść testy EMI. Utrzymuje ona pola elektryczne wewnątrz płytki. Zmniejsza to ryzyko, że nieprawidłowe sygnały zakłócą działanie płytki.
Reguła 20H poprawia jakość sygnału. Redukuje szumy i zakłócenia. Dzięki temu szybkie sygnały płynnie przemieszczają się po płytce PCB.
W przypadku stosowania reguły 20H, odpowiedni układ i ułożenie płytek mają znaczenie. Przemyślana konstrukcja zapewnia odpowiednią przestrzeń. Dzięki temu deska działa lepiej i dłużej.
Zawsze testuj projekt PCB po zastosowaniu reguły 20H. To pozwoli Ci sprawdzić, czy projekt działa prawidłowo. Pomoże Ci to wcześnie wykryć i rozwiązać problemy.
Zasada 20H w projektowaniu PCB
Definicja 20H
Możesz zapytać, czym jest zasada 20H w projektowaniu PCB. Zasada 20H to przewodnik, który pomaga zapobiegać zakłóceniom elektromagnetycznym na płytce. Mówi ona, że krawędź płaszczyzny zasilania powinna być oddalona od krawędzi płaszczyzny uziemienia o co najmniej dwadzieścia razy wysokość warstwy dielektrycznej. Ta przestrzeń jest ważna, ponieważ zmniejsza ryzyko wydostawania się niepożądanych sygnałów poza krawędzie płytki PCB. Stosując zasadę 20H, utrzymujesz pole elektryczne wewnątrz płytki. To usprawnia projekt i zapewnia prawidłowe działanie obwodów. Zasada 20H jest bardzo pomocna w przypadku sygnałów o dużej prędkości lub szybkich zmian prądu, na przykład gdy czas narastania lub opadania jest krótszy niż 1 nanosekunda.
Wskazówka: Jeśli zależy Ci na mniejszym przesłuchu i lepszej kompatybilności elektromagnetycznej, zawsze sprawdzaj odstęp między płaszczyzną zasilania a masą. Reguła 20H to prosty sposób na sprawdzenie tego.
Pochodzenie i cel
Reguła 20H nie powstała przypadkowo. W. Michael King po raz pierwszy podzielił się tą ideą w 1980 roku. Później Mark I. Meltrose wyjaśnił ją szerzej w swojej książce. Wielu inżynierów stosuje ją obecnie jako standardowy element projektowania EMI. Reguła 20H służy do rozwiązywania problemów występujących we współczesnym projektowaniu płytek PCB. Oto kilka głównych problemów, z którymi się ona boryka:
Pomaga zmniejszyć zakłócenia elektromagnetyczne , które stają się gorsze przy wyższych częstotliwościach roboczych.
Można go używać jako prostego sposobu na redukcję zakłóceń elektromagnetycznych w projektach PCB o dużej prędkości.
Regułę tę przetestowano na rzeczywistych danych i modelach komputerowych. Okazało się, że skutecznie blokuje niepożądane sygnały.
Zauważysz również, że normy branżowe wspominają o zasadzie 20H. Normy te stanowią, że odstęp między ścieżkami sygnału wysokiej prędkości a płaszczyzną odniesienia powinien być co najmniej dwudziestokrotnie większy od wysokości ścieżki nad płaszczyzną. Pomaga to wyeliminować przesłuchy i zapewnia prawidłowe działanie płytki PCB. Zasada 20H nakazuje również zachowanie wystarczającej odległości między warstwą zasilania a warstwą uziemienia. Dzięki temu zapobiega się promieniowaniu krawędziowemu i poprawia się kompatybilność elektromagnetyczną projektu.
Dlaczego 20H ma znaczenie dla PCB
Redukcja EMI
Chcesz, aby Twoja płytka PCB przeszła testy zakłóceń elektromagnetycznych. Reguła 20h Ci w tym pomoże. Stosując regułę 20h, utrzymujesz krawędź płaszczyzny zasilania z dala od krawędzi płaszczyzny masy. Ta przestrzeń zapobiega wydostawaniu się silnych pól elektrycznych z płytki. Widzisz mniej zakłóceń elektromagnetycznych, ponieważ pola nie docierają na zewnątrz.
Poniższa tabela pokazuje, w jaki sposób zasada 20h obniża emisję promieniowania w płytkach wielowarstwowych:
Projektowanie PCB | Emisje promieniowane (dB) |
|---|---|
Zasada 20-H | 3.6 do 4.4 |
Brak reguły 20-H | 0 (wartość bazowa) |
Tryb TMlO | 7 (różnica) |
Stosując zasadę 20 godzin, można obniżyć emisję nawet o 4.4 dB. Oznacza to, że projekt płytki PCB ma większe szanse na spełnienie rygorystycznych norm EMI. Zmniejsza to również ryzyko, że płytka będzie powodować problemy z innymi urządzeniami.
Uwaga: Niższa emisja oznacza, że Twój produkt jest bezpieczniejszy i bardziej niezawodny.
Korzyści z integralności sygnału
Chcesz, aby Twój sygnał pozostał czysty podczas przemieszczania się po płytce. Zasada 20h pomaga utrzymać silny i wyraźny sygnał. Odsunięcie płaszczyzn zasilania i masy o co najmniej dwudziestokrotność grubości dielektryka zapobiega powstawaniu promieniowania. Dzięki temu energia pozostaje wewnątrz płytki, z dala od jej krawędzi.
Zauważysz mniej zakłóceń i szumów w swoich obwodach. Szybkie sygnały będą przesyłane z mniejszymi stratami. Dzięki temu Twoja płytka PCB będzie działać lepiej, zwłaszcza gdy używasz szybkich układów scalonych lub wrażliwych elementów. Dobra integralność sygnału oznacza, że Twoja płytka będzie działać zgodnie z oczekiwaniami za każdym razem, gdy ją włączysz.
Jak działa 20H w PCB
Zasada 20H
Zasada 20h służy do kontrolowania zachowania pól elektrycznych wewnątrz płytki PCB. Zasada ta wywodzi się z koncepcji kompatybilności elektromagnetycznej. Nakazuje ona odsunięcie krawędzi płaszczyzny zasilania od krawędzi płaszczyzny uziemienia na odległość co najmniej dwudziestokrotności wysokości dielektryka. Dzięki temu większość pola elektrycznego pozostaje wewnątrz płytki. Zapobiega to jego wyciekaniu i powstawaniu problemów.
Zasada 20h sprawdza się najlepiej przy szybkich zmianach prądu, np. przy czasach narastania i opadania poniżej 1 nanosekundy.
Należy umieścić płaszczyznę zasilania wewnątrz płytki, otoczoną warstwami uziemienia.
Dzięki tej konfiguracji możesz zachować cichą i stabilną pracę linii sygnałowych.
Przestrzegając zasady 20 godzin, zwiększasz bezpieczeństwo i niezawodność swojej płytki. Pomagasz również swoim układom przejść rygorystyczne testy EMI.
Tłumienie promieniowania krawędziowego
Chcesz zapobiec ucieczce pól elektrycznych na krawędziach warstw. Reguła 20h pomaga Ci to osiągnąć, ograniczając pola wewnątrz płaszczyzny uziemienia. Cofając płaszczyznę zasilania o 20h, uwięzisz około 70% pola elektrycznego. Jeśli cofniesz ją jeszcze bardziej, np. o 100h, uwięzisz nawet 98%.
Odległość wycofania | Ograniczenie pola elektrycznego |
|---|---|
20H | ~% 70 |
100H | ~% 98 |
Największe korzyści widać w projektowaniu szybkich płytek PCB , takich jak płytki RF, komunikacyjne i motoryzacyjne. Oto jak zastosować tę regułę:
Wcięcie płaszczyzny zasilania należy wykonać pod kątem 20h od krawędzi płaszczyzny uziemienia.
Ten krok zmniejsza promieniowanie krawędziowe o 30–40 dB.
Utrzymujesz czysty sygnał i ciszę na płytce. Dbasz również o to, aby linie nie zbierały niepożądanych szumów. Zasada 20 godzin to prosty sposób na poprawę wydajności i kontrolę zakłóceń elektromagnetycznych.
Zastosowanie 20H w projektowaniu PCB
Wytyczne dotyczące stosu
Stosując regułę 20H w projektowaniu wielowarstwowych płytek PCB, należy wybrać odpowiedni układ warstw. Układ warstw decyduje o tym, jak warstwy współpracują ze sobą i jak dobrze płytka kontroluje zakłócenia elektromagnetyczne. Poniżej przedstawiono dwa główne rozwiązania dla układu warstw:
Rozwiązanie | OPIS |
|---|---|
Pierwsze rozwiązanie | Użyj tego, gdy na płytce znajduje się wiele układów scalonych. Umieść warstwę uziemienia obok warstwy sygnałowej z największą liczbą ścieżek. Taka konfiguracja poprawia integralność sygnału i pomaga tłumić promieniowanie. Odzwierciedla również zasadę 20H, utrzymując krawędź płaszczyzny zasilania z dala od krawędzi płaszczyzny uziemienia. |
Drugie rozwiązanie | Wybierz tę opcję dla płytek z mniejszą liczbą układów scalonych i wystarczającą ilością miejsca wokół nich. Umieść warstwy uziemienia na zewnątrz, a warstwy sygnałowe/zasilania pośrodku. Taka struktura ekranuje sygnały i kontroluje impedancję. Najlepiej sprawdza się w kontroli zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) na płytce 4-warstwowej. |
Uwagi dodatkowe | Zwiększ odległość między warstwą sygnałową a warstwą zasilania. Kierunki ścieżek powinny być pionowe, aby uniknąć przesłuchów. Kontroluj obszar płytki, aby spełnić regułę 20H. Podłącz zasilanie i uziemienie, aby zapewnić dobrą przewodność. |
Wskazówka: Zawsze sprawdzaj stackup przed rozpoczęciem trasowania. Dobry stackup pomaga zachować zasadę 20H i zapewnia ciszę na desce.
Rozważania dotyczące układu
Należy zwrócić uwagę na szczegóły układu, stosując regułę 20H. Reguła ta pomaga kontrolować pole elektryczne między warstwą zasilania a warstwą uziemienia. Płaszczyznę zasilania zwęża się do wewnątrz o 20H. Ten krok utrzymuje większość pola elektrycznego wewnątrz krawędzi uziemienia i zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne.
Oto ważne kroki układu:
Zastosuj regułę 20H w celu zmniejszenia sprzężenia płaszczyzny w projektach o dużej prędkości.
Upewnij się, że płaszczyzna zasilania jest co najmniej 20H mniejsza od płaszczyzny uziemienia.
Metoda ta ogranicza wyciek energii RF i poprawia kompatybilność elektromagnetyczną.
Należy również uważać na typowe pułapki:
Powstawanie pustych przestrzeni lub szczelin w powłoce galwanicznej może blokować przepływ prądu i powodować awarie.
Odłamki mogą powodować powstawanie zwarć poprzez tworzenie niepożądanych połączeń.
Brak maski lutowniczej pomiędzy polami lutowniczymi może powodować powstawanie mostków lutowniczych.
Pułapki kwasowe mogą osłabiać połączenia podczas trawienia.
Zbyt duże zakłócenia elektromagnetyczne mogą spowodować awarię produktu.
Niewystarczający odstęp między miedzią a krawędzią stwarza ryzyko zwarć i korozji.
Uwaga: Starannie dobrany układ i układ warstw pomoże Ci w pełni wykorzystać zasadę 20H. Dzięki temu Twój projekt PCB będzie wytrzymały i niezawodny.
Korzyści z 20H w PCB
EMI sterowania
Chcesz, aby Twoja płytka PCB przeszła testy EMI i działała prawidłowo w każdym środowisku. Reguła 20H daje Ci solidne narzędzie do kontrolowania zakłóceń elektromagnetycznych. Cofając krawędź płaszczyzny zasilania o 20-krotność wysokości dielektryka, zatrzymujesz większość pola elektrycznego wewnątrz płytki. Dzięki temu płytka nie zachowuje się jak antena.
Realne rezultaty można zobaczyć, stosując regułę 20H. Inżynierowie zmierzyli różnicę w emisjach z tą regułą i bez niej. Oto kilka kluczowych ustaleń:
Stosując regułę 20H można zaobserwować wzrost emisji o 3.6 dB w trybie TM10.
Zmierzone wartości emisji mogą różnić się o około 7 dB w trybie TM10 w porównaniu do przewidywań teorii.
Te liczby pokazują, że zasada 20H ma realne znaczenie w kontroli EMI. Zmniejszasz ryzyko, że Twoja płyta będzie powodować problemy z innymi urządzeniami. Ułatwiasz również spełnienie rygorystycznych norm branżowych.
Wskazówka: Niższy współczynnik EMI oznacza mniejsze prawdopodobieństwo, że Twój produkt nie przejdzie testów zgodności. Oszczędzasz czas i pieniądze podczas certyfikacji.
Zwiększona wydajność
Chcesz, aby Twoje obwody działały szybko i niezawodnie. Reguła 20H pomoże Ci to osiągnąć. Utrzymując pole elektryczne wewnątrz płytki, chronisz sygnały przed zakłóceniami zewnętrznymi. Twoje szybkie sygnały pozostają czyste podczas przesyłu przez płytkę PCB.
Zyskujesz również lepszą integralność sygnału. Oznacza to, że Twoje dane przesyłane są bez zakłóceń i strat. Twoja płyta działa zgodnie z oczekiwaniami, nawet z szybkimi układami scalonymi i wrażliwymi podzespołami. Widzisz mniej błędów i mniej przestojów.
Oto kilka sposobów, w jakie zasada 20H zwiększa wydajność:
Utrzymuje stabilność ścieżek sygnałowych i zmniejsza przesłuchy.
Pomaga Twojej desce poradzić sobie z większymi prędkościami bez dodatkowego hałasu.
Zwiększa wytrzymałość Twojej konstrukcji w trudnych warunkach.
Stosując zasadę 20H, tworzysz płytki PCB, które są trwalsze i wydajniejsze. Dajesz swoim produktom realną przewagę na rynku.
Ograniczenia reguły 20H
Kiedy 20H może nie pomóc
Można by pomyśleć, że zasada 20H zawsze poprawia jakość płytki PCB . Ale czasami trudno ją zastosować. Niektóre płytki są trudne do zastosowania. Projekty wielowarstwowe wymagają wielu połączeń i ścieżek. Zachowanie wystarczającej ilości miejsca między płaszczyznami zasilania i masy może być trudne. Małe płytki z wieloma warstwami szybko tracą miejsce na ścieżki. Odstępy między wstawkami mogą zajmować zbyt dużo miejsca. To pozostawia mniej miejsca na sygnały.
Poniżej znajduje się tabela przedstawiająca typowe ograniczenia:
Ograniczenie | Wyjaśnienie |
|---|---|
Odległości wkładek | Uzyskanie właściwych odległości między wstawkami jest trudne, szczególnie w projektach wielowarstwowych. |
Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) | Niewłaściwe stosowanie reguły 20H może pogorszyć problemy z EMI. |
Obszar trasowania | Zachowanie wystarczającej powierzchni do prowadzenia ścieżek jest trudne, zwłaszcza w przypadku małych płytek PCB wielowarstwowych, gdzie wstawianie elementów zajmuje dużo miejsca. |
Przed zastosowaniem reguły 20H należy sprawdzić rozmiar płytki i liczbę warstw. Czasami konieczne jest zrównoważenie kontroli EMI z wystarczającą przestrzenią na routing.
Kompromisy i błędne przekonania
Niektórzy twierdzą, że reguła 20H zawsze obniża emisję spalin z magistrali zasilania. Nie zawsze jest to prawdą. Czasami reguła może powodować wzrost promieniowania z płaszczyzny zasilania. Przed jej zastosowaniem należy poznać zasady działania płytki drukowanej.
Wielu projektantów uważa, że zagięcia pod kątem 90 stopni w ścieżkach zawsze powodują problemy. Jednak efekt tych zagięć zależy od projektu. Czasami nie wpływają one negatywnie na integralność sygnału. Ścieżki ochronne również nie zawsze działają w ten sam sposób. Możesz myśleć, że zawsze pomagają, ale ich rezultaty różnią się w zależności od płytki.
Oto tabela, która rozwiewa niektóre powszechne nieporozumienia:
Nieporozumienie | Wyjaśnienie |
|---|---|
Zasada 20H ogranicza emisję promieniowania z szyny zasilającej. | Użycie reguły 20H może czasami spowodować zwiększenie promieniowania płaszczyzny mocy. |
Zakręty o 90 stopni na trasach są zawsze szkodliwe. | Efekt zagięć 90-stopniowych jest różny dla każdego projektu. |
Ślady ochronne są zawsze skuteczne. | Ślady ochronne działają dobrze tylko w niektórych projektach. |
Nie należy po prostu trzymać się zasad. Zawsze testuj swój projekt i korzystaj z narzędzi symulacyjnych, aby sprawdzić, czy występują problemy z EMI i sygnałem. Staranne planowanie pomoże Ci uniknąć błędów i tworzyć lepsze płytki PCB.
Najlepsze praktyki dla 20H w PCB
Wskazówki projektowe
Chcesz, aby Twoja płytka PCB działała prawidłowo i przeszła testy EMI. Aby poprawnie zastosować regułę 20H, powinieneś przestrzegać kilku prostych wskazówek projektowych. Po pierwsze, zawsze staraj się, aby warstwa zasilania była mniejsza niż warstwa masy. Ten krok pomoże utrzymać pole elektryczne wewnątrz płytki. Krawędź warstwy zasilania powinna być co najmniej dwadzieścia razy odległa od krawędzi warstwy masy o grubość dielektryka. Taki odstęp zmniejsza sprzężenie między warstwami i redukuje interferencję.
Zrób płaszczyznę zasilania mniejszą od płaszczyzny uziemienia.
Krawędź płaszczyzny zasilania należy trzymać w odległości co najmniej 20-krotnie większej od grubości dielektryka od krawędzi płaszczyzny uziemienia.
Wskazówka: Sprawdź układ przed rozpoczęciem trasowania. Dobre planowanie pomoże uniknąć problemów z liniami sygnałowymi i zapewni cichą pracę płytki.
Powinieneś skorzystać z tych wskazówek podczas projektowania szybkich płytek. Pomogą Ci one utrzymać czystość sygnałów i zredukować szumy. Upewnij się również, że Twoja płytka dobrze współpracuje z wieloma warstwami.
Rzeczywiste przypadki użycia
Regułę 20H można zaobserwować w praktyce w wielu projektach PCB. Inżynierowie stosują ją do obniżenia poziomu promieniowania elektromagnetycznego. Prawidłowe zastosowanie tej reguły zatrzymuje większość pola elektrycznego wewnątrz płytki. Ten krok pomaga płytce przejść rygorystyczne testy EMC.
Ustalenia | OPIS |
|---|---|
Efektywność | Zasada 20H może ograniczyć promieniowanie elektromagnetyczne, jeśli jest prawidłowo stosowana. |
Niewłaściwe zastosowanie | Niewłaściwe zastosowanie może spowodować zwiększenie promieniowania i powstanie dodatkowych problemów. |
Odbicia wewnętrzne | Zastosowanie tego rozwiązania może prowadzić do zwiększenia wewnętrznych odbić, co może mieć wpływ na wydajność. |
Przed użyciem reguły 20H należy zrozumieć jej pochodzenie i cel . Niewłaściwe jej zastosowanie może spowodować więcej problemów niż rozwiązań. W praktyce inżynierowie odkryli, że cofanie płaszczyzn zasilania nie powoduje problemów z kompatybilnością elektromagnetyczną (EMC). Regułę 20H można wykorzystać do ulepszenia płytki, ale należy najpierw sprawdzić projekt i przetestować linie, aby uzyskać najlepsze rezultaty.
Uwaga: Zawsze testuj swoją płytkę po zastosowaniu reguły 20H. Staranne projektowanie i testowanie pomoże Ci uniknąć błędów i zbudować niezawodne płytki PCB.
Teraz wiesz, dlaczego reguła 20H jest ważna w projektowaniu PCB. Reguła ta pomaga zachować czystość szybkich sygnałów i zapobiega przesłuchom. Powinieneś ją stosować, jeśli zależy Ci na mniejszej ilości zakłóceń elektromagnetycznych i lepszej jakości sygnału.
Zasada 20H zapobiega przeskakiwaniu pól elektrycznych pomiędzy ścieżkami.
Pomaga uniknąć szumów i błędów w obwodach o wysokiej częstotliwości.
Zawsze sprawdź, jakie są potrzeby Twojego projektu, zanim zastosujesz regułę 20H. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z zaawansowanymi poradnikami dotyczącymi układania płytek PCB oraz materiałami dotyczącymi kontroli EMI.
FAQ
Jakie znaczenie ma reguła 20H dla projektu płytki?
Reguła 20H służy do odsunięcia krawędzi płaszczyzny zasilania od krawędzi płaszczyzny masy. Pomaga to płytce kontrolować zakłócenia elektromagnetyczne. Stosując się do tej prostej zasady, zwiększasz bezpieczeństwo i niezawodność płytki.
Jak płaszczyzna uziemienia wpływa na jakość sygnału na płytce?
Płaszczyzna uziemienia zapewnia płytce stabilne odniesienie dla sygnałów. Pozwala to utrzymać niski poziom szumów i poprawić integralność sygnału. Prawidłowe umieszczenie płaszczyzny uziemienia sprawia, że płytka lepiej współpracuje z sygnałami o dużej prędkości.
Dlaczego warto zmniejszyć płaszczyznę zasilania na płytce?
Zmniejszasz płaszczyznę zasilania, aby nie sięgała krawędzi płaszczyzny uziemienia. Ten krok zatrzymuje pola elektryczne wewnątrz płytki. Zmniejszasz ryzyko, że płytka będzie działać jak antena i powodować problemy.
Czy można stosować zasadę 20H na każdej planszy?
Regułę 20H można stosować na większości płytek, ale małe płytki z wieloma warstwami mogą tracić miejsce na routing. Przed zastosowaniem reguły należy sprawdzić rozmiar płytki i liczbę warstw. Czasami konieczne jest zrównoważenie kontroli EMI z miejscem na sygnały.
Co się stanie, jeżeli zignorujesz płaszczyznę uziemienia w układzie płytki?
Jeśli zignorujesz płaszczyznę uziemienia , Twoja płytka może wychwycić więcej szumów. Doświadczysz większych strat sygnału i zakłóceń. Płytka może nie przejść testów EMI. Zawsze powinieneś uwzględnić płaszczyznę uziemienia, aby zapewnić prawidłowe działanie płytki.
