U dizajnu PCB-a, elektromagnetska kompatibilnost (EMC) i srodne elektromagnetne smetnje (EMI) su uvijek bile dva glavna problema koja su izazivala glavobolju inženjera, posebno u današnjem dizajnu štampanih ploča i ambalaže komponenti se smanjuje, a OEM-i zahtijevaju sisteme veće brzine.

1. Preslušavanje i ožičenje su ključne tačke

Ožičenje je posebno važno kako bi se osigurao normalan protok struje. Ako struja dolazi od oscilatora ili drugog sličnog uređaja, posebno je važno držati struju odvojeno od uzemljenja ili ne pustiti da struja teče paralelno s drugim tragom. Dva paralelna signala velike brzine će generisati EMC i EMI, posebno preslušavanje. Put otpora mora biti najkraći, a put povratne struje mora biti što kraći. Dužina traga povratne putanje treba biti ista kao i dužina traga za slanje.

Za EMI, jedno se zove „povrijeđeno ožičenje“, a drugo je „žrtvovano ožičenje“. Spajanje induktivnosti i kapacitivnosti će uticati na trag "žrtve" zbog prisustva elektromagnetnih polja, stvarajući na taj način struju naprijed i nazad na "tragu žrtve". U ovom slučaju, talasi će se generisati u stabilnom okruženju gde su dužina prenosa i dužina prijema signala skoro jednake.

U dobro izbalansiranom i stabilnom okruženju ožičenja, indukovane struje bi trebale da se ponište jedna drugu kako bi se eliminisalo preslušavanje. Međutim, mi smo u nesavršenom svijetu i takve stvari se neće dogoditi. Stoga je naš cilj da preslušavanje svih tragova svedemo na minimum. Ako je širina između paralelnih linija dvostruko veća od širine linija, efekat preslušavanja se može minimizirati. Na primjer, ako je širina traga 5 mils, minimalna udaljenost između dva paralelna traga bi trebala biti 10 mils ili više.

Kako se novi materijali i nove komponente nastavljaju pojavljivati, dizajneri PCB-a moraju nastaviti da se bave pitanjima elektromagnetne kompatibilnosti i smetnji.

2. Decoupling kondenzator

Kondenzatori za razdvajanje mogu smanjiti štetne efekte preslušavanja. Oni bi trebali biti smješteni između pina za napajanje i pina za uzemljenje uređaja kako bi se osigurala niska impedancija naizmjenične struje i smanjio šum i preslušavanje. Da bi se postigla niska impedancija u širokom frekventnom opsegu, trebalo bi koristiti više kondenzatora za razdvajanje.

Važan princip postavljanja kondenzatora za razdvajanje je da kondenzator s najmanjom vrijednošću kapacitivnosti treba biti što bliže uređaju kako bi se smanjio učinak induktivnosti na trag. Ovaj konkretni kondenzator je što je moguće bliže priključku za napajanje ili tragu napajanja uređaja i povežite jastučić kondenzatora direktno na spojnu ili uzemljenu ploču. Ako je trag dugačak, koristite više prolaza da biste minimizirali impedanciju zemlje.

3. Uzemljite PCB

Važan način da se smanji elektromagnetna elektromagnetna energija je dizajniranje uzemljenja PCB-a. Prvi korak je da se područje uzemljenja učini što je moguće većim unutar ukupne površine PCB ploče, što može smanjiti emisiju, preslušavanje i šum. Posebnu pažnju treba posvetiti pri povezivanju svake komponente na uzemljenje ili uzemljenje. Ako se to ne učini, neutralizirajući učinak pouzdane uzemljene ravnine neće biti u potpunosti iskorišten.

Posebno složen dizajn PCB-a ima nekoliko stabilnih napona. U idealnom slučaju, svaki referentni napon ima svoju odgovarajuću uzemljenje. Međutim, ako je temeljni sloj previše, to će povećati troškove proizvodnje PCB-a i učiniti cijenu previsokom. Kompromis je korištenje uzemljenja u tri do pet različitih položaja, a svaka uzemljiva ploča može sadržavati više dijelova uzemljenja. Ovo ne samo da kontroliše troškove proizvodnje štampane ploče, već i smanjuje EMI i EMC.

Ako želite da minimizirate EMC, sistem uzemljenja niske impedancije je veoma važan. U višeslojnom PCB-u, najbolje je imati pouzdanu uzemljenu ravninu, a ne bakarnu ili raštrkanu uzemljenu ravninu, jer ima nisku impedanciju, može pružiti strujni put, najbolji je izvor signala za obrnuto.

Dužina vremena kada se signal vraća na zemlju je takođe veoma važna. Vrijeme između signala i izvora signala mora biti jednako, inače će proizvesti fenomen sličan anteni, čineći zračenu energiju dijelom EMI. Slično tome, tragovi koji prenose struju do/iz izvora signala trebaju biti što kraći. Ako dužina izvorne i povratne putanje nisu jednake, doći će do odbijanja tla, što će također generirati EMI.

4. Izbjegavajte ugao od 90°

Da biste smanjili EMI, izbjegavajte ožičenje, vias i druge komponente koje formiraju ugao od 90°, jer će pravi uglovi generisati zračenje. U ovom uglu, kapacitivnost će se povećati, a karakteristična impedansa će se takođe promeniti, što će dovesti do refleksije, a zatim EMI. Da biste izbjegli uglove od 90°, tragove treba usmjeriti do uglova najmanje pod dva ugla od 45°.

5. Oprezno koristite vias

U gotovo svim rasporedima PCB-a, vias se mora koristiti za obezbjeđivanje provodnih veza između različitih slojeva. Inženjeri za postavljanje PCB-a moraju biti posebno pažljivi jer će vias generirati induktivnost i kapacitivnost. U nekim slučajevima, oni će također proizvesti refleksije, jer će se karakteristična impedansa promijeniti kada se u tragu napravi međusklop.

Također imajte na umu da će vias povećati dužinu traga i da ih je potrebno uskladiti. Ako je u pitanju diferencijalni trag, treba izbjegavati prelaze koliko god je to moguće. Ako se to ne može izbjeći, koristite prelaze u oba traga kako biste kompenzirali kašnjenja u signalu i povratnoj putanji.

6. Kablovska i fizička zaštita

Kablovi koji nose digitalna kola i analogne struje će generisati parazitski kapacitet i induktivnost, uzrokujući mnoge probleme vezane za EMC. Ako se koristi kabl sa upredenim parom, nivo spajanja će biti nizak i generisano magnetno polje će biti eliminisano. Za visokofrekventne signale, mora se koristiti oklopljeni kabel, a prednji i stražnji dio kabela moraju biti uzemljeni kako bi se eliminisale EMI smetnje.

Fizička zaštita je da se cijeli ili dio sistema omota metalnim paketom kako bi se spriječilo da EMI uđe u PCB kolo. Ova vrsta zaštite je poput zatvorenog uzemljenog provodnog kontejnera, koji smanjuje veličinu antenske petlje i apsorbuje EMI.