EJ系列可插拔式模块信号分配板使用注意事项

第6页EJ系列可插拔式模块信号分配板使用注意事项EJ系列可插拔式模块信号分配板使用注意事项摘要：本文介绍了EJ系列信号分配板使用的基本注意事项，可供广大选用EJ模块的用户提供指导意见。附件：序号文件名备注历史版本：免责声明：我们已对本文档描述的内容做测试。但是差错在所难免，无法保证绝对正确并完全满足您的使用需求。本文档的内容可能随时更新，如有改动，恕不事先通知，也欢迎您提出改进建议。参考信息：目录1. 背板安装指导 31.1. 最小距离 31.2. 安装位置 31.2.1. 标准最佳安装位置 42. 模块放置 42.1. 组合Ⅰ 42.2. 组合Ⅱ 52.3. 电气间隙与爬电距离 53. PCB距离和引脚 54. 电源设计 64.1. 无需额外供电 64.2. 额外供电 75.PCB距离和引脚 85.1. 示例Ⅰ 85.2. 示例Ⅱ 86.PCB层的结构 96.1. Toplayer 96.2. Inner1layer 106.3. Inner2layer 116.4. Bottomlayer 127. 布线指导 137.1. EMC指导 147.2. 阻抗和布线 148. 附录 15

背板安装指导在模块安装的过程中，为了避免对背板产生应力，应将PCB背板按下图安装在开关柜上。Fig.1：安装孔与PCB之间的最大距离最小距离信号分配板的设计请严格遵守如下图所示的尺寸，以确保模块安全锁存和简单的组装/拆卸。Fig.2：EJ模块的安装距离-PCB关于可操作区域的两点提示：安装/拆卸需要最少预留宽为92毫米的区域，以便手指能够接触到安装片。遵守建议的最小通风距离(见下文)，确保有足够的可操作区域。安装位置提示：安装位置和工作温度范围的限制【请参考已安装部件的技术资料，确定是否对安装位置和/或工作温度范围有任何限制。在安装过程中可以增加散热的模块，要保证模块的上下与其他部件之间有足够的距离，以保证模块在运行过程中有足够的通风。推荐使用标准的安装位置。如果安装位置不是标准的，请检查是否有额外的通风措施。确保遵守规定的条件(参见技术数据)!】标准最佳安装位置信号分配板的最佳安装位置是水平安装的，EJ模块的正面朝前(见下图“标准安装位置的推荐距离”)。模块从下面通风，这使电子设备通过对流获得最佳地冷却。“从下面”是相对于重力加速度的方向来说的。Fig.3：标准安装位置的推荐距离建议参考上图“标准安装位置的推荐距离”，安装应当符合图中所示的距离。建议的最小距离不应被视为对其它部件的限制。客户有责任验证技术资料中描述的环境条件是否符合要求。如果有需要，必须提供额外的散热措施模块放置EJ模块的走线应该包含耦合器(或RJ45连接器)，从信号分配板的左侧开始，然后是电源和I/O模块。为了避免E-bus上的电磁干扰，I/O连接信号不建议从下图所示的E-bus路线区走线。组合Ⅰ以带有EJ100耦合器为例Fig.4：带有耦合器EJ1100的EJ模块的走线始端组合Ⅱ以带有耦合器EJ1101-0022和电源模块EJ9400为例当使用耦合器EJ1101-0022时，需要额外的电源模块(如EJ9400)和RJ45插座。RJ45水晶头插口应放置在耦合器附近。应避免在耦合器和模块插孔之间使用可能携带电磁干扰信号的EtherCATRX/TX线路（红框）Fig.5：带有耦合器EJ1101-0022的EJ模块的走线始端(可选RJ45插口)电气间隙与爬电距离在I/O信号和E-bus信号之间，必须注意电气间隙（*）和爬电距离（*）。电气间隙建议为1.2mm。Fig.6：总线和I/O间的电气间隙PCB距离和引脚下图中显示了编码引脚(A)（*）、连接器引脚孔(B)和锁定孔(C)的位置。模块连接器(B1)的引脚孔与左上锁定孔在x方向上的距离为0.03mmFig.7：背板布局，尺寸单位:mm对于加长的EtherCat可插拔式模块，从第一组40个引脚的中心到下一组引脚的中心，与相邻模组的距离应至少为12.1毫米。（见上图）电源设计警告：电源【必须使用SELV/PELV（*）电源为EJ耦合器和模块供电。耦合器和模块必须专门连接到SELV/PELV电路。】信号分配板的电源设计应满足模块组的最大可能电流负载。关于当前所需的E-bus供电的信息可以在各个模块的技术文档中的“技术数据”部分里找到。模块组的功耗需求会在TwinCAT系统管理器中显示。无额外供电对于EJ1100或者EJ1101-0022和EJ940x间的E-bus供电，EJ1100总线耦合器为连接的EJ模块提供3.3V的E-bus系统电压。耦合器可容纳高达2.2A的负载。如果需要更高的电流，应使用耦合器EJ1101-0022和电源模块EJ9400(2.5A)或EJ9404(12A)的组合。EJ940x可以用作模块组中的附加电源模块。根据不同的应用，如下E-bus的电源组合是可用的：Fig.8：带有EJ1100或EJ1101-0022+EJ940x的E-bus电源在EJ1101-0022耦合器中，RJ45连接器和拨号都是外接的，可以根据需要安装在信号分配板的任何位置。这有助于通过外壳供电。额外供电EJ940x可作为模块组的额外的E-bus电源附加电源模块。当在EJ线路中添加额外的电源模块时，只有给E-bus(UEBUS)供电的电源必须分开到两个或更多的网络中。E-busGND在设计中用于所有EtherCAT插件模块。作为示例，两种附加电源模块的设计如下所示Fig.9:耦合器EJ1100示例，集成电源（2.2A)，附加电源EJ9404(12A)Fig.10:耦合器EJ1101-0022示例，电源模块EJ9400(2.5A)，附加电源EJ9400(2.5A)供电和电位组主板通过两路独立的24v电源供电:•电源Us用于为总线耦合器供电，并为E-bus(UEBUS:3.3V)供电•Up给后续负载供电。SGND(ShieldGround)是一种接地信号，它对单板的其他部分具有屏蔽作用。Us、Up和SGND不能直接接触!示例Ⅰ示例：EJ1100EtherCAT耦合器Fig.11:通过EJ1100EtherCAT耦合器的EtherCAT插件模块电源示例Ⅱ示例：EJ1101-0022EtherCAT耦合器和电源模块EJ940xFig.12:通过EJ1101-0022EtherCAT耦合器和电源模块EJ940x为EtherCAT插件模块供电PCB层的结构EJ背板建议使用至少四层的多层PCB，以便从PCB的两侧用铜(GND网)完全覆盖差分信号对。提示：避免损坏背板及部件!【截面装配时必须考虑短路情况。】EJ模块的卡扣机构是针对1.6mm±10%的PCB厚度设计的。Fig.13:PCB要求(最小四层，最大1.6毫米厚度)ToplayerFig.14：4层PCB的toplayer布线•0vUs电源尽量靠近耦合器，以避免不必要的接线.•0vUs/Up和24vUs/Up分层布线。•SGND屏蔽层接地引脚可以在最上层进行连接和布线。•与控制柜的接地应采用金属螺栓连接，使背板与控制柜直接连接。孔周围的铜环连接到SGND。应避免与控制柜采用电缆接地方式连接。•建议将SGND、0v/Up、24v/Up信号布线在一个区域。在上图中，Up供电的区域仅仅只是一个例子。实际布局必须适应各自的应用。Inner1layerFig.15：4层PCB的inner1layer布线•E-bus的线路必须在内层布线，以允许从PCB的两侧用铜(GND网)完全铺满差分信号对。•在信号之间的E-bus的TX和RX布线的空闲区域上，这些空闲区域应铺满与GND相连的铜。•阻抗和布线◦LVDS线的差分阻抗应为100Ω。◦差分信号的宽度和间隔取决于堆叠层，必须单独计算。◦差分信号应作为边缘耦合痕迹布线。◦差分对之间的距离应大于其内部距离的三倍(见上图)。◦差分对的布线应该不经过过孔，以避免阻抗跳变。◦不耦合的迹线和总的迹线长度的最大值可在LVDS信号ANSI/TIA/EIA-644“低压差分信号(LVDS)的电气特性”规范中找到。•建议将SGND布线为一个区域。EtherCAT插件模块使用E-bus进行背板通信。E-bus物理层根据ANSI/TIA/EIA-644“低压差分信号(LVDS)接口电路电气特性”标准使用低压差分信号(LVDS)。E-bus的数据速率为100Mbit/s，以实现快速以太网的数据速率。Inner2layerFig.16：4层PCB的inner2layer布线•I/O信号应在内层布线，因为用SGND从两侧覆盖信号线可以提高对EMC干扰的灵敏度。•此外，信号线和信号组之间的空间应在接地电位中用铜填充。•建议将SGND布线为一个区域。BottomlayerFig.17：4层PCB的bottomlayer布线•24vUs电源尽量靠近EJ1100耦合器，以避免不必要的接线。•0vUs/Up和24vUs/Up分层布线。•24vUs应与24vUp独立。•建议将SGND、0v/Up、24v/Up信号布线成一个区域。在上图中，Up供应的区域是一个例子。实际布局必须适应各自的应用。

布线指导•接地和UEBUS电源支持平面内局部接地。•差分E-bus信号必须在内部层布线。•在E-bus的TX和RX布线层上，信号之间的空闲空间应该用铜填充并连接到接地。（1）12mm模块E-bus布线Fig.18：12mm模块布线（2）24mm模块E-bus布线（以EJ7342为例）24mm的模块，当E-bus必须连接到左或右接头(如EJ7342)时，应按下图布线。Fig.19：24mm模块的布线在模块连接器的区域中，如有必要，可减小迹宽和间距(见上图(A))。如果在设计软件中可用，UnusedPadSuppression选项可能有助于在连接器引脚之间产生更多的布线空间。（*此处是对allegro软件而言）（3）信号地布线屏蔽接地引脚可以连接和布线在PCB的顶层(见图toplayer)。确保SGND信号与控制柜正常连接!EMC指导可以通过以下几点来提高EMC稳定性:•接地从两侧覆盖信号线可以改善抗EMC干扰的性能（*顶层与底层接地，中间布信号线）。此外，信号线和信号组之间的空间应在接地电位上铺满铜。•保持Us电源尽可能接近EJ1100耦合器，以避免不必要的天线。•与控制柜的接地应采用金属螺栓连接，使背板与控制柜直接连接。应避免与控制柜采用电缆接地方式连接。阻抗和布线在PCB设计阶段应考虑以下几点:•E-bus的线路必须在内层布线。•LVDS线的差分阻抗应为100Ω。•差分信号的宽度和间距取决于堆叠层，必须单独计算。•差分信号应作为边缘耦合迹线布线。•差分对之间的距离应该是其内部距离的三倍(见下图(D))。•差分线(D)之间可能不会形成GND区域。这通常是由于所需的阻抗导致的。•差分对的布线应不经过过孔，以避免阻抗跳变。•不耦合的迹线和总的迹线长度的最大值可以在LVDS信号ANSI/TIA/EIA-644“低压差分信号(LVDS)的电气特性”规范中找到Fig.20：差动对间距

附录电气间隙：在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的最短空间距离。即在保证电气性能稳定和安全的情况下，通过空气能实现绝缘的最短距离爬电距离：沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间，在不同的使用情况下，由于导体周围的绝缘材料被电极化，导致绝缘材料呈现带电现象的带电区编码器A：即机械编码，防止不同模块插错SELV/PELV：安全超低电压、保护超低电压

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