Při návrhu PCB byly elektromagnetickou kompatibilitou (EMC) a související elektromagnetické rušení (EMI) vždy dva hlavní problémy, které způsobily, že inženýři bolesti hlavy, zejména v dnešním návrhu desky a balení komponent, se zmenšují a OEM vyžadují situaci s vyšší rychlostí.

1. Klíčové body jsou přeslechnutí a zapojení

Zapojení je zvláště důležité pro zajištění normálního toku proudu. Pokud proud pochází z oscilátoru nebo jiného podobného zařízení, je obzvláště důležité udržovat proud oddělený od pozemní roviny nebo nenechat proud běžet rovnoběžně s jinou stopou. Dva paralelní vysokorychlostní signály budou generovat EMC a EMI, zejména Crosstalk. Cesta odporu musí být nejkratší a cesta zpětného proudu musí být co nejkratší. Délka stopy zpětné cesty by měla být stejná jako délka stopy odesílání.

Pro EMI se jeden nazývá „porušené zapojení“ a druhý je „oběťmi“. Spojení indukčnosti a kapacitance ovlivní „oběť“ stopu v důsledku přítomnosti elektromagnetických polí, čímž generuje dopředné a zpětné proudy na „stopování obětí“. V tomto případě budou vlnky generovány ve stabilním prostředí, kde je délka přenosu a délka příjmu signálu téměř stejné.

V dobře vyváženém a stabilním prostředí zapojení by se indukované proudy měly navzájem zrušit, aby se eliminoval přeslech. Jsme však v nedokonalém světě a takové věci se nestanou. Naším cílem je proto udržet přeslech všech stop na minimum. Pokud je šířka mezi paralelními liniemi dvojnásobkem šířky linek, lze účinek přeslechu minimalizovat. Například, pokud je šířka stopy 5 mil, minimální vzdálenost mezi dvěma paralelními běžeckými stopami by měla být 10 mil nebo více.

Jak se i nadále objevují nové materiály a nové komponenty, návrháři PCB musí i nadále řešit problémy s elektromagnetickou kompatibilitou a rušením.

2. Odpojení kondenzátoru

Odpojující kondenzátory mohou snížit nepříznivé účinky přeslechu. Měly by být umístěny mezi napájecím kolíkem a zemním kolíkem zařízení, aby se zajistila nízká impedance střídavého proudu a snížila hluk a přeslech. K dosažení nízké impedance v širokém frekvenčním rozsahu by měly být použito více oddělení oddělení.

Důležitým principem pro umístění oddělení kondenzátorů je to, že kondenzátor s nejmenší kapacitní hodnotou by měl být co nejblíže zařízení, aby se snížil účinek indukčnosti na stopu. Tento konkrétní kondenzátor je co nejblíže k napájecímu kolíku nebo stopě napájení zařízení a připojte podložku kondenzátoru přímo k via nebo pozemní rovině. Pokud je stopa dlouhá, použijte několik průchodů k minimalizaci impedance země.

3. Plost PCB

Důležitým způsobem, jak snížit EMI, je navrhnout zemní rovinu PCB. Prvním krokem je, aby uzemňovací plocha byla co nejvíce v celkové ploše desky obvodu PCB, která může snížit emise, přesun a hluk. Při připojení každé komponenty k pozemnímu bodu nebo pozemní rovině je třeba věnovat zvláštní pozornost. Pokud se tak nestane, neutralizující účinek spolehlivé pozemní roviny nebude plně využíván.

Obzvláště složitý design PCB má několik stabilních napětí. V ideálním případě má každé referenční napětí vlastní odpovídající zemní rovinu. Pokud je však pozemní vrstva příliš velká, zvýší výrobní náklady na PCB a zvýší cenu příliš vysokou. Kompromisem je používat pozemní roviny ve třech až pěti různých pozicích a každá zemní rovina může obsahovat více pozemních částí. To nejen řídí výrobní náklady na desku obvodu, ale také snižuje EMI a EMC.

Pokud chcete minimalizovat EMC, je velmi důležitý uzemňovací systém s nízkou impedancí. Ve vícevrstvé PCB je nejlepší mít spolehlivou pozemní rovinu, spíše než měděná zloděj nebo rozptýlená zemní rovina, protože má nízkou impedanci, může poskytnout aktuální cestu, je nejlepším zdrojem zpětného signálu.

Délka doby, kdy se signál vrátí na zem, je také velmi důležitá. Čas mezi signálem a zdrojem signálu musí být stejný, jinak vytvoří jev podobný anténě, díky čemuž je vyzařovaná energie součástí EMI. Podobně by stopy, které přenášejí proud do/ze zdroje signálu, měly být co nejkratší. Pokud délka zdrojové dráhy a návratové cesty nejsou stejné, dojde k odrazu země, což také generuje EMI.

4. Vyhněte se úhlu 90 °

Aby se snížilo EMI, vyhněte se zapojení, průchodům a dalším komponentám tvořícím úhel 90 °, protože pravé úhly budou generovat záření. V tomto rohu se kapacitance zvýší a charakteristická impedance se také změní, což povede k odrazům a poté EMI. Aby se zabránilo úhlům 90 °, měly by být stopy směrovány do rohů alespoň při dvou úhlech 45 °.

5. Použijte průchodnost s opatrností

Téměř ve všech rozvrženích PCB je třeba průchody použít k zajištění vodivých spojení mezi různými vrstvami. Inženýři rozvržení PCB musí být obzvláště opatrní, protože průchody vytvoří indukčnost a kapacitu. V některých případech také vytvoří odrazy, protože charakteristická impedance se změní, když bude AIV provedeno ve stopě.

Nezapomeňte také, že průchody zvětší délku stopy a je třeba se vyrovnat. Pokud se jedná o diferenciální stopu, je třeba se zabránit v co nejvíce. Pokud se tomu nelze zabránit, použijte průchodky v obou stopách k kompenzaci zpoždění v signálu a návratové cestě.

6. Kabelové a fyzické stínění

Kabely nesoucí digitální obvody a analogové proudy vytvoří parazitickou kapacitu a indukci, což způsobí mnoho problémů souvisejících s EMC. Pokud je použit kabel zkrouceného páru, bude hladina spojky udržována nízká a generované magnetické pole bude eliminováno. Pro vysokofrekvenční signály musí být použit stíněný kabel a přední a zadní část kabelu musí být uzemněna, aby se eliminoval rušení EMI.

Fyzické stínění je zabalit celý nebo část systému kovovým balíčkem, aby se zabránilo EMI v vstupu do obvodu PCB. Tento druh stínění je jako uzavřená uzemněná vodivá nádoba, která snižuje velikost anténní smyčky a absorbuje EMI.