Leiterplatten-Entstörungsdesign: Von der Theorie zur Praxis, 3 wichtige Tipps für stabile Signale

1. Einführung: Warum leidet Ihre Leiterplatte unter Störungen?

Bei der Entwicklung von Industriesteuerungen oder Hochfrequenzschaltungen stehen viele Ingenieure vor folgendem Problem: Die Leiterplatte funktioniert im Labor normal, weist aber vor Ort Signalverluste oder Datenfehler auf. Dies ist meist auf ein unzureichendes "Entstörungsdesign" zurückzuführen. Störungen stammen von Quellen wie elektromagnetischer Strahlung, schlechter Erdung und Netzteilrauschen, aber die Lösungen folgen einem klaren Muster. Heute teilen wir 3 praktische Entstörungstipps, die Sie direkt anwenden können.

2. 3 Praktische Entstörungstipps

1. Tipp 1: "Einpunkt-Erdung" vs. "Mehrpunkt-Erdung" – Wählen Sie die richtige Methode

    

   Die Erdung ist die Grundlage der Entstörung, aber viele Leute verwechseln die Anwendungsszenarien dieser beiden Methoden. Beispielsweise führt die Verwendung einer Einpunkt-Erdung für Hochfrequenzschaltungen (Frequenz >10 MHz) zu übermäßig langen Erdungsleitungen, wodurch parasitäre Induktivität entsteht, die Störungen verursacht. Die Verwendung einer Mehrpunkt-Erdung für Niederfrequenzschaltungen (Frequenz <1 MHz) bildet Erdschleifen, die eine Rauschkopplung verursachen.

    

   Praktische Methode: Verwenden Sie die "Einpunkt-Erdung" für Niederfrequenzschaltungen (z. B. analoge Sensoren), bei denen alle Erdungsleitungen zu einem Erdungspunkt zusammenlaufen. Verwenden Sie die "Mehrpunkt-Erdung" für Hochfrequenzschaltungen (z. B. HF-Module) und halten Sie die Erdungsdrahtlänge unter 1/20 der Wellenlänge (z. B. <6 mm für 2,4 GHz HF-Schaltungen), um die parasitäre Induktivität zu reduzieren.

2. Tipp 2: Doppelte Unterdrückung von Netzteilrauschen mit "Abschirmdosen" + "Filterkondensatoren"

    

   Netzteilrauschen ist eine Hauptstörquelle – insbesondere Schaltnetzteile, die erhebliches Hochfrequenzrauschen erzeugen, das sich über Stromleitungen auf Kernchips ausbreitet. Viele Leute fügen nur einen Filterkondensator am Stromeingang hinzu und ignorieren die Bedeutung der "Abschirmung".

    

   Praktische Methode: Fügen Sie eine Metall-Abschirmdose um die Leistungsmodule (z. B. DC-DC-Chips) hinzu und erden Sie die Dose. Parallel dazu zwei Kondensatoren neben dem Stromanschluss des Chips: einen 100 nF Keramikkondensator (filtert Hochfrequenzrauschen) und einen 10 µF Elektrolytkondensator (filtert Niederfrequenzrauschen). Halten Sie die Kondensatoren innerhalb von 5 mm vom Chip-Pin, um die Stromschleife zu verkürzen.

3. Tipp 3: "Differentielle Routing"-Design zur Abwehr externer Störungen

    

   Bei differentiellen Signalen wie RS485 und CAN macht eine unsachgemäße Führung sie anfällig für externe elektromagnetische Störungen, was zu Kommunikationsausfällen führt. Beispielsweise unterbricht eine inkonsistente Länge oder ungleichmäßiger Abstand von differentiellen Paaren die Signalsymmetrie und verringert die Entstörungsfähigkeit.

    

   Praktische Methode: Kontrollieren Sie die Längendifferenz der differentiellen Paare innerhalb von 5 % (z. B. <5 mm für 100 mm Gesamtlänge). Behalten Sie beim Routing einen gleichen Abstand (z. B. 2 mm) bei und vermeiden Sie Kreuzungen oder die Nähe zu anderen Signalleitungen. Schalten Sie einen 100 Ω Anpassungswiderstand an beiden Enden des differentiellen Paares parallel, um die Signalreflexion zu reduzieren.

3. Fazit: Der Kern des Entstörungsdesigns – "Störungen an der Quelle reduzieren"

Entstörung ist kein "Post-Fix"; sie sollte frühzeitig in der Designphase berücksichtigt werden. Beispielsweise ist die Auswahl von Chips mit starken Entstörungseigenschaften während der Komponentenauswahl und das Fernhalten von Layouts von Störquellen (z. B. Motoren, Relais) effektiver als das spätere Hinzufügen von Abschirmdosen. Es wird empfohlen, die Wellenform der Schlüsselsignale nach jedem Design mit einem Oszilloskop zu testen, um schrittweise Erfahrung zu sammeln.