Při návrhu desek plošných spojů byly elektromagnetická kompatibilita (EMC) a související elektromagnetické rušení (EMI) vždy dva hlavní problémy, které způsobovaly inženýrům bolení hlavy, zejména v dnešní době se design desek plošných spojů a balení součástí zmenšují a výrobci OEM vyžadují systémy s vyšší rychlostí Situace.

1. Klíčovými body jsou přeslechy a kabeláž

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 zemní plochy nebo nenechat proud běžet paralelně s jinou stopou. Dva paralelní vysokorychlostní signály budou generovat EMC a EMI, zejména přeslechy. Odporová dráha musí být nejkratší a dráha zpětného proudu co nejkratší. Délka trasování zpětné cesty by měla být stejná jako délka trasování odeslání.

V případě EMI se jedna nazývá „porušená kabeláž“ a druhá je „viktimizovaná kabeláž“. Vazba indukčnosti a kapacity ovlivní stopu „oběti“ kvůli přítomnosti elektromagnetických polí, čímž se na „stopě oběti“ generují dopředné a zpětné proudy. V tomto případě bude vlnění generováno ve stabilním prostředí, kde jsou délka přenosu a délka příjmu signálu téměř stejná.

V dobře vyváženém a stabilním prostředí elektroinstalace by se měly indukované proudy vzájemně rušit, aby se eliminovaly přeslechy. Jsme však v nedokonalém světě a takové věci se nebudou dít. Naším cílem je proto omezit přeslechy všech stop na minimum. Pokud je šířka mezi rovnoběžnými čarami dvojnásobkem šířky čar, lze efekt přeslechů minimalizovat. Pokud je například šířka stopy 5 mil, minimální vzdálenost mezi dvěma paralelně probíhajícími stopami by měla být 10 mil nebo více.

Vzhledem k tomu, že se stále objevují nové materiály a nové součástky, musí návrháři desek plošných spojů nadále řešit problémy s elektromagnetickou kompatibilitou a interferencemi.

2. Oddělovací kondenzátor

Oddělovací kondenzátory mohou snížit nepříznivé účinky přeslechů. Měly by být umístěny mezi kolíkem napájecího zdroje a zemnicím kolíkem zařízení, aby byla zajištěna nízká impedance střídavého proudu a snížení šumu a přeslechů. Pro dosažení nízké impedance v širokém frekvenčním rozsahu by mělo být použito více oddělovacích kondenzátorů.

Důležitou zásadou pro umístění oddělovacích kondenzátorů je, že kondenzátor s nejmenší hodnotou kapacity by měl být co nejblíže zařízení, aby se snížil vliv indukčnosti na stopu. Tento konkrétní kondenzátor je co nejblíže napájecímu kolíku nebo napájecímu vedení zařízení a připojte podložku kondenzátoru přímo k propojovací nebo zemnicí ploše. Pokud je trasa dlouhá, použijte více prokovů, abyste minimalizovali zemní impedanci.

3. Uzemněte PCB

Důležitým způsobem, jak snížit EMI, je navrhnout zemnící plochu PCB. Prvním krokem je co největší plocha uzemnění v rámci celkové plochy desky plošných spojů, což může snížit emise, přeslechy a hluk. Zvláštní opatrnosti je třeba věnovat připojování každého komponentu k uzemňovacímu bodu nebo zemnicí ploše. Pokud tak neučiníte, nebude neutralizační účinek spolehlivé zemní plochy plně využit.

Obzvláště složitá konstrukce PCB má několik stabilních napětí. V ideálním případě má každé referenční napětí svou vlastní odpovídající zemnící plochu. Pokud je však základní vrstva příliš mnoho, zvýší to výrobní náklady PCB a příliš vysokou cenu. Kompromisem je použití zemnících ploch ve třech až pěti různých polohách a každá zemnící plocha může obsahovat více uzemňovacích částí. To nejen řídí výrobní náklady na obvodovou desku, ale také snižuje EMI a EMC.

Pokud chcete minimalizovat EMC, je velmi důležitý systém uzemnění s nízkou impedancí. Ve vícevrstvé desce plošných spojů je nejlepší mít spolehlivou zemnící plochu, spíše než měděnou zlodějskou nebo rozptýlenou zemní plochu, protože má nízkou impedanci, může poskytnout proudovou cestu a je nejlepším zdrojem zpětného signálu.

Velmi důležitá je také doba, po kterou se signál vrací na zem. Doba mezi signálem a zdrojem signálu musí být stejná, jinak to způsobí jev podobný anténě, čímž se vyzařovaná energie stane součástí EMI. Podobně by měly být trasy, které přenášejí proud do/ze zdroje signálu, co nejkratší. Pokud se délka zdrojové a zpětné cesty neshoduje, dojde k odskoku země, což také způsobí EMI.

4. Vyhněte se úhlu 90°

Chcete-li snížit EMI, vyhněte se kabeláži, průchodům a dalším součástem tvořícím úhel 90°, protože pravé úhly budou generovat záření. V tomto rohu se zvýší kapacita a změní se také charakteristická impedance, což vede k odrazům a následně EMI. Abyste se vyhnuli úhlům 90°, stopy by měly být směrovány do rohů alespoň ve dvou úhlech 45°.

5. Používejte průchody opatrně

Téměř ve všech uspořádáních desek plošných spojů musí být k zajištění vodivých spojení mezi různými vrstvami použity prokovy. Inženýři rozložení PCB musí být obzvláště opatrní, protože prokovy budou generovat indukčnost a kapacitu. V některých případech budou také produkovat odrazy, protože charakteristická impedance se změní, když se ve stopě vytvoří prokov.

Pamatujte také, že prokovy prodlouží délku trasování a je třeba je sladit. Pokud se jedná o rozdílovou stopu, je třeba se co nejvíce vyhnout prokovům. Pokud se tomu nelze vyhnout, použijte prokovy v obou trasách ke kompenzaci zpoždění v signálu a zpětné cestě.

6. Kabelové a fyzické stínění

Kabely přenášející digitální obvody a analogové proudy budou generovat parazitní kapacitu a indukčnost, což způsobí mnoho problémů souvisejících s EMC. Při použití kroucené dvoulinky bude úroveň vazby udržována na nízké úrovni a generované magnetické pole bude eliminováno. Pro vysokofrekvenční signály je nutné použít stíněný kabel a přední a zadní část kabelu musí být uzemněna, aby se eliminovalo rušení EMI.

Fyzické stínění znamená obalit celý systém nebo jeho část kovovým obalem, aby se zabránilo vniknutí EMI do obvodu PCB. Tento druh stínění je jako uzavřená uzemněná vodivá nádoba, která zmenšuje velikost anténní smyčky a pohlcuje EMI.