EJ系列可插拔式模塊信號(hào)分配板使用注意事項(xiàng)

第6頁(yè)EJ系列可插拔式模塊信號(hào)分配板使用注意事項(xiàng)EJ系列可插拔式模塊信號(hào)分配板使用注意事項(xiàng)摘要：本文介紹了EJ系列信號(hào)分配板使用的基本注意事項(xiàng)，可供廣大選用EJ模塊的用戶提供指導(dǎo)意見(jiàn)。附件：序號(hào)文件名備注歷史版本：免責(zé)聲明：我們已對(duì)本文檔描述的內(nèi)容做測(cè)試。但是差錯(cuò)在所難免，無(wú)法保證絕對(duì)正確并完全滿足您的使用需求。本文檔的內(nèi)容可能隨時(shí)更新，如有改動(dòng)，恕不事先通知，也歡迎您提出改進(jìn)建議。參考信息：目錄1. 背板安裝指導(dǎo) 31.1. 最小距離 31.2. 安裝位置 31.2.1. 標(biāo)準(zhǔn)最佳安裝位置 42. 模塊放置 42.1. 組合Ⅰ 42.2. 組合Ⅱ 52.3. 電氣間隙與爬電距離 53. PCB距離和引腳 54. 電源設(shè)計(jì) 64.1. 無(wú)需額外供電 64.2. 額外供電 75.PCB距離和引腳 85.1. 示例Ⅰ 85.2. 示例Ⅱ 86.PCB層的結(jié)構(gòu) 96.1. Toplayer 96.2. Inner1layer 106.3. Inner2layer 116.4. Bottomlayer 127. 布線指導(dǎo) 137.1. EMC指導(dǎo) 147.2. 阻抗和布線 148. 附錄 15

背板安裝指導(dǎo)在模塊安裝的過(guò)程中，為了避免對(duì)背板產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)將PCB背板按下圖安裝在開(kāi)關(guān)柜上。Fig.1：安裝孔與PCB之間的最大距離最小距離信號(hào)分配板的設(shè)計(jì)請(qǐng)嚴(yán)格遵守如下圖所示的尺寸，以確保模塊安全鎖存和簡(jiǎn)單的組裝/拆卸。Fig.2：EJ模塊的安裝距離-PCB關(guān)于可操作區(qū)域的兩點(diǎn)提示：安裝/拆卸需要最少預(yù)留寬為92毫米的區(qū)域，以便手指能夠接觸到安裝片。遵守建議的最小通風(fēng)距離(見(jiàn)下文)，確保有足夠的可操作區(qū)域。安裝位置提示：安裝位置和工作溫度范圍的限制【請(qǐng)參考已安裝部件的技術(shù)資料，確定是否對(duì)安裝位置和/或工作溫度范圍有任何限制。在安裝過(guò)程中可以增加散熱的模塊，要保證模塊的上下與其他部件之間有足夠的距離，以保證模塊在運(yùn)行過(guò)程中有足夠的通風(fēng)。推薦使用標(biāo)準(zhǔn)的安裝位置。如果安裝位置不是標(biāo)準(zhǔn)的，請(qǐng)檢查是否有額外的通風(fēng)措施。確保遵守規(guī)定的條件(參見(jiàn)技術(shù)數(shù)據(jù))!】標(biāo)準(zhǔn)最佳安裝位置信號(hào)分配板的最佳安裝位置是水平安裝的，EJ模塊的正面朝前(見(jiàn)下圖“標(biāo)準(zhǔn)安裝位置的推薦距離”)。模塊從下面通風(fēng)，這使電子設(shè)備通過(guò)對(duì)流獲得最佳地冷卻?！皬南旅妗笔窍鄬?duì)于重力加速度的方向來(lái)說(shuō)的。Fig.3：標(biāo)準(zhǔn)安裝位置的推薦距離建議參考上圖“標(biāo)準(zhǔn)安裝位置的推薦距離”，安裝應(yīng)當(dāng)符合圖中所示的距離。建議的最小距離不應(yīng)被視為對(duì)其它部件的限制?？蛻粲胸?zé)任驗(yàn)證技術(shù)資料中描述的環(huán)境條件是否符合要求。如果有需要，必須提供額外的散熱措施模塊放置EJ模塊的走線應(yīng)該包含耦合器(或RJ45連接器)，從信號(hào)分配板的左側(cè)開(kāi)始，然后是電源和I/O模塊。為了避免E-bus上的電磁干擾，I/O連接信號(hào)不建議從下圖所示的E-bus路線區(qū)走線。組合Ⅰ以帶有EJ100耦合器為例Fig.4：帶有耦合器EJ1100的EJ模塊的走線始端組合Ⅱ以帶有耦合器EJ1101-0022和電源模塊EJ9400為例當(dāng)使用耦合器EJ1101-0022時(shí)，需要額外的電源模塊(如EJ9400)和RJ45插座。RJ45水晶頭插口應(yīng)放置在耦合器附近。應(yīng)避免在耦合器和模塊插孔之間使用可能攜帶電磁干擾信號(hào)的EtherCATRX/TX線路（紅框）Fig.5：帶有耦合器EJ1101-0022的EJ模塊的走線始端(可選RJ45插口)電氣間隙與爬電距離在I/O信號(hào)和E-bus信號(hào)之間，必須注意電氣間隙（*）和爬電距離（*）。電氣間隙建議為1.2mm。Fig.6：總線和I/O間的電氣間隙PCB距離和引腳下圖中顯示了編碼引腳(A)（*）、連接器引腳孔(B)和鎖定孔(C)的位置。模塊連接器(B1)的引腳孔與左上鎖定孔在x方向上的距離為0.03mmFig.7：背板布局，尺寸單位:mm對(duì)于加長(zhǎng)的EtherCat可插拔式模塊，從第一組40個(gè)引腳的中心到下一組引腳的中心，與相鄰模組的距離應(yīng)至少為12.1毫米。（見(jiàn)上圖）電源設(shè)計(jì)警告：電源【必須使用SELV/PELV（*）電源為EJ耦合器和模塊供電。耦合器和模塊必須專門連接到SELV/PELV電路?！啃盘?hào)分配板的電源設(shè)計(jì)應(yīng)滿足模塊組的最大可能電流負(fù)載。關(guān)于當(dāng)前所需的E-bus供電的信息可以在各個(gè)模塊的技術(shù)文檔中的“技術(shù)數(shù)據(jù)”部分里找到。模塊組的功耗需求會(huì)在TwinCAT系統(tǒng)管理器中顯示。無(wú)額外供電對(duì)于EJ1100或者EJ1101-0022和EJ940x間的E-bus供電，EJ1100總線耦合器為連接的EJ模塊提供3.3V的E-bus系統(tǒng)電壓。耦合器可容納高達(dá)2.2A的負(fù)載。如果需要更高的電流，應(yīng)使用耦合器EJ1101-0022和電源模塊EJ9400(2.5A)或EJ9404(12A)的組合。EJ940x可以用作模塊組中的附加電源模塊。根據(jù)不同的應(yīng)用，如下E-bus的電源組合是可用的：Fig.8：帶有EJ1100或EJ1101-0022+EJ940x的E-bus電源在EJ1101-0022耦合器中，RJ45連接器和撥號(hào)都是外接的，可以根據(jù)需要安裝在信號(hào)分配板的任何位置。這有助于通過(guò)外殼供電。額外供電EJ940x可作為模塊組的額外的E-bus電源附加電源模塊。當(dāng)在EJ線路中添加額外的電源模塊時(shí)，只有給E-bus(UEBUS)供電的電源必須分開(kāi)到兩個(gè)或更多的網(wǎng)絡(luò)中。E-busGND在設(shè)計(jì)中用于所有EtherCAT插件模塊。作為示例，兩種附加電源模塊的設(shè)計(jì)如下所示Fig.9:耦合器EJ1100示例，集成電源（2.2A)，附加電源EJ9404(12A)Fig.10:耦合器EJ1101-0022示例，電源模塊EJ9400(2.5A)，附加電源EJ9400(2.5A)供電和電位組主板通過(guò)兩路獨(dú)立的24v電源供電:?電源Us用于為總線耦合器供電，并為E-bus(UEBUS:3.3V)供電?Up給后續(xù)負(fù)載供電。SGND(ShieldGround)是一種接地信號(hào)，它對(duì)單板的其他部分具有屏蔽作用。Us、Up和SGND不能直接接觸!示例Ⅰ示例：EJ1100EtherCAT耦合器Fig.11:通過(guò)EJ1100EtherCAT耦合器的EtherCAT插件模塊電源示例Ⅱ示例：EJ1101-0022EtherCAT耦合器和電源模塊EJ940xFig.12:通過(guò)EJ1101-0022EtherCAT耦合器和電源模塊EJ940x為EtherCAT插件模塊供電PCB層的結(jié)構(gòu)EJ背板建議使用至少四層的多層PCB，以便從PCB的兩側(cè)用銅(GND網(wǎng))完全覆蓋差分信號(hào)對(duì)。提示：避免損壞背板及部件!【截面裝配時(shí)必須考慮短路情況。】EJ模塊的卡扣機(jī)構(gòu)是針對(duì)1.6mm±10%的PCB厚度設(shè)計(jì)的。Fig.13:PCB要求(最小四層，最大1.6毫米厚度)ToplayerFig.14：4層PCB的toplayer布線?0vUs電源盡量靠近耦合器，以避免不必要的接線.?0vUs/Up和24vUs/Up分層布線。?SGND屏蔽層接地引腳可以在最上層進(jìn)行連接和布線。?與控制柜的接地應(yīng)采用金屬螺栓連接，使背板與控制柜直接連接。孔周圍的銅環(huán)連接到SGND。應(yīng)避免與控制柜采用電纜接地方式連接。?建議將SGND、0v/Up、24v/Up信號(hào)布線在一個(gè)區(qū)域。在上圖中，Up供電的區(qū)域僅僅只是一個(gè)例子。實(shí)際布局必須適應(yīng)各自的應(yīng)用。Inner1layerFig.15：4層PCB的inner1layer布線?E-bus的線路必須在內(nèi)層布線，以允許從PCB的兩側(cè)用銅(GND網(wǎng))完全鋪滿差分信號(hào)對(duì)。?在信號(hào)之間的E-bus的TX和RX布線的空閑區(qū)域上，這些空閑區(qū)域應(yīng)鋪滿與GND相連的銅。?阻抗和布線?LVDS線的差分阻抗應(yīng)為100Ω。?差分信號(hào)的寬度和間隔取決于堆疊層，必須單獨(dú)計(jì)算。?差分信號(hào)應(yīng)作為邊緣耦合痕跡布線。?差分對(duì)之間的距離應(yīng)大于其內(nèi)部距離的三倍(見(jiàn)上圖)。?差分對(duì)的布線應(yīng)該不經(jīng)過(guò)過(guò)孔，以避免阻抗跳變。?不耦合的跡線和總的跡線長(zhǎng)度的最大值可在LVDS信號(hào)ANSI/TIA/EIA-644“低壓差分信號(hào)(LVDS)的電氣特性”規(guī)范中找到。?建議將SGND布線為一個(gè)區(qū)域。EtherCAT插件模塊使用E-bus進(jìn)行背板通信。E-bus物理層根據(jù)ANSI/TIA/EIA-644“低壓差分信號(hào)(LVDS)接口電路電氣特性”標(biāo)準(zhǔn)使用低壓差分信號(hào)(LVDS)。E-bus的數(shù)據(jù)速率為100Mbit/s，以實(shí)現(xiàn)快速以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率。Inner2layerFig.16：4層PCB的inner2layer布線?I/O信號(hào)應(yīng)在內(nèi)層布線，因?yàn)橛肧GND從兩側(cè)覆蓋信號(hào)線可以提高對(duì)EMC干擾的靈敏度。?此外，信號(hào)線和信號(hào)組之間的空間應(yīng)在接地電位中用銅填充。?建議將SGND布線為一個(gè)區(qū)域。BottomlayerFig.17：4層PCB的bottomlayer布線?24vUs電源盡量靠近EJ1100耦合器，以避免不必要的接線。?0vUs/Up和24vUs/Up分層布線。?24vUs應(yīng)與24vUp獨(dú)立。?建議將SGND、0v/Up、24v/Up信號(hào)布線成一個(gè)區(qū)域。在上圖中，Up供應(yīng)的區(qū)域是一個(gè)例子。實(shí)際布局必須適應(yīng)各自的應(yīng)用。

布線指導(dǎo)?接地和UEBUS電源支持平面內(nèi)局部接地。?差分E-bus信號(hào)必須在內(nèi)部層布線。?在E-bus的TX和RX布線層上，信號(hào)之間的空閑空間應(yīng)該用銅填充并連接到接地。（1）12mm模塊E-bus布線Fig.18：12mm模塊布線（2）24mm模塊E-bus布線（以EJ7342為例）24mm的模塊，當(dāng)E-bus必須連接到左或右接頭(如EJ7342)時(shí)，應(yīng)按下圖布線。Fig.19：24mm模塊的布線在模塊連接器的區(qū)域中，如有必要，可減小跡寬和間距(見(jiàn)上圖(A))。如果在設(shè)計(jì)軟件中可用，UnusedPadSuppression選項(xiàng)可能有助于在連接器引腳之間產(chǎn)生更多的布線空間。（*此處是對(duì)allegro軟件而言）（3）信號(hào)地布線屏蔽接地引腳可以連接和布線在PCB的頂層(見(jiàn)圖toplayer)。確保SGND信號(hào)與控制柜正常連接!EMC指導(dǎo)可以通過(guò)以下幾點(diǎn)來(lái)提高EMC穩(wěn)定性:?接地從兩側(cè)覆蓋信號(hào)線可以改善抗EMC干擾的性能（*頂層與底層接地，中間布信號(hào)線）。此外，信號(hào)線和信號(hào)組之間的空間應(yīng)在接地電位上鋪滿銅。?保持Us電源盡可能接近EJ1100耦合器，以避免不必要的天線。?與控制柜的接地應(yīng)采用金屬螺栓連接，使背板與控制柜直接連接。應(yīng)避免與控制柜采用電纜接地方式連接。阻抗和布線在PCB設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):?E-bus的線路必須在內(nèi)層布線。?LVDS線的差分阻抗應(yīng)為100Ω。?差分信號(hào)的寬度和間距取決于堆疊層，必須單獨(dú)計(jì)算。?差分信號(hào)應(yīng)作為邊緣耦合跡線布線。?差分對(duì)之間的距離應(yīng)該是其內(nèi)部距離的三倍(見(jiàn)下圖(D))。?差分線(D)之間可能不會(huì)形成GND區(qū)域。這通常是由于所需的阻抗導(dǎo)致的。?差分對(duì)的布線應(yīng)不經(jīng)過(guò)過(guò)孔，以避免阻抗跳變。?不耦合的跡線和總的跡線長(zhǎng)度的最大值可以在LVDS信號(hào)ANSI/TIA/EIA-644“低壓差分信號(hào)(LVDS)的電氣特性”規(guī)范中找到Fig.20：差動(dòng)對(duì)間距

附錄電氣間隙：在兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護(hù)界面之間測(cè)得的最短空間距離。即在保證電氣性能穩(wěn)定和安全的情況下，通過(guò)空氣能實(shí)現(xiàn)絕緣的最短距離爬電距離：沿絕緣表面測(cè)得的兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間，在不同的使用情況下，由于導(dǎo)體周圍的絕緣材料被電極化，導(dǎo)致絕緣材料呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象的帶電區(qū)編碼器A：即機(jī)械編碼，防止不同模塊插錯(cuò)SELV/PELV：安全超低電壓、保護(hù)超低電壓

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