I PCB-design har elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) og relateret elektromagnetisk interferens (EMI) altid været to store problemer, der har forårsaget ingeniører til hovedpine, især i nutidens printkortdesign og komponentemballage krymper, og OEM'er kræver systemer med højere hastighed.

1. Krydstale og ledninger er nøglepunkterne

Ledningerne er særligt vigtige for at sikre den normale strømstrøm. Hvis strømmen kommer fra en oscillator eller anden lignende enhed, er det især vigtigt at holde strømmen adskilt fra jordplanet, eller ikke at lade strømmen løbe parallelt med et andet spor. To parallelle højhastighedssignaler vil generere EMC og EMI, især krydstale. Modstandsvejen skal være den korteste, og returstrømvejen skal være så kort som muligt. Længden af ​​returstisporingen skal være den samme som længden af ​​sendesporingen.

For EMI kaldes den ene "overtrådte ledninger", og den anden er "skadelige ledninger". Koblingen af ​​induktans og kapacitans vil påvirke "offer"-sporet på grund af tilstedeværelsen af ​​elektromagnetiske felter, og derved generere fremadgående og tilbagegående strømme på "offer-sporet". I dette tilfælde vil ripples blive genereret i et stabilt miljø, hvor transmissionslængden og modtagelængden af ​​signalet er næsten ens.

I et velafbalanceret og stabilt ledningsmiljø bør de inducerede strømme udligne hinanden for at eliminere krydstale. Men vi er i en ufuldkommen verden, og sådanne ting vil ikke ske. Derfor er vores mål at holde krydstale af alle spor på et minimum. Hvis bredden mellem parallelle linjer er to gange bredden af ​​linjerne, kan effekten af ​​krydstale minimeres. For eksempel, hvis sporbredden er 5 mils, skal minimumsafstanden mellem to parallelle løbespor være 10 mils eller mere.

Efterhånden som nye materialer og nye komponenter bliver ved med at dukke op, skal PCB-designere fortsætte med at håndtere problemer med elektromagnetisk kompatibilitet og interferens.

2. Afkoblingskondensator

Afkobling af kondensatorer kan reducere de negative virkninger af krydstale. De skal placeres mellem strømforsyningens ben og enhedens jordben for at sikre lav AC-impedans og reducere støj og krydstale. For at opnå lav impedans over et bredt frekvensområde bør der anvendes flere afkoblingskondensatorer.

Et vigtigt princip for placering af afkoblingskondensatorer er, at kondensatoren med den mindste kapacitansværdi skal være så tæt som muligt på enheden for at reducere induktanseffekten på sporet. Denne særlige kondensator er så tæt som muligt på strømstiften eller strømsporet på enheden, og tilslut kondensatorens pude direkte til via- eller stelplanet. Hvis sporet er langt, skal du bruge flere vias for at minimere jordimpedansen.

3. Forbind printkortet

En vigtig måde at reducere EMI på er at designe PCB-jordplanet. Det første skridt er at gøre jordingsområdet så stort som muligt inden for det samlede areal af printkortet, hvilket kan reducere emission, krydstale og støj. Der skal udvises særlig forsigtighed ved tilslutning af hver komponent til jordpunktet eller jordplanet. Hvis dette ikke gøres, vil den neutraliserende effekt af et pålideligt stelplan ikke blive udnyttet fuldt ud.

Et særligt komplekst printdesign har flere stabile spændinger. Ideelt set har hver referencespænding sit eget tilsvarende jordplan. Men hvis jordlaget er for meget, vil det øge produktionsomkostningerne for PCB og gøre prisen for høj. Kompromiset er at bruge jordplan i tre til fem forskellige positioner, og hvert jordplan kan indeholde flere jorddele. Dette styrer ikke kun produktionsomkostningerne for printkortet, men reducerer også EMI og EMC.

Hvis du vil minimere EMC, er et jordingssystem med lav impedans meget vigtigt. I et flerlags PCB er det bedst at have en pålidelig jordplan i stedet for en kobbertyv eller spredt jordplan, fordi den har lav impedans, kan give en strømvej, er den bedste omvendte signalkilde.

Hvor lang tid signalet vender tilbage til jorden er også meget vigtigt. Tiden mellem signalet og signalkilden skal være ens, ellers vil det frembringe et antennelignende fænomen, hvilket gør den udstrålede energi til en del af EMI. Tilsvarende bør sporene, der transmitterer strøm til/fra signalkilden, være så korte som muligt. Hvis længden af ​​kildevejen og returvejen ikke er ens, vil der forekomme jordbounce, hvilket også vil generere EMI.

4. Undgå en vinkel på 90°

For at reducere EMI, undgå at ledninger, vias og andre komponenter danner en 90° vinkel, fordi rette vinkler vil generere stråling. I dette hjørne vil kapacitansen stige, og den karakteristiske impedans vil også ændre sig, hvilket fører til refleksioner og derefter EMI. For at undgå 90° vinkler skal sporene føres til hjørnerne i mindst to 45° vinkler.

5. Brug vias med forsigtighed

I næsten alle PCB-layouts skal der bruges vias til at give ledende forbindelser mellem forskellige lag. PCB-layoutingeniører skal være særligt forsigtige, fordi vias vil generere induktans og kapacitans. I nogle tilfælde vil de også producere refleksioner, fordi den karakteristiske impedans vil ændre sig, når der laves en via i sporet.

Husk også, at vias vil øge længden af ​​sporet og skal matches. Hvis det er et differentielt spor, bør vias undgås så meget som muligt. Hvis det ikke kan undgås, skal du bruge vias i begge spor for at kompensere for forsinkelser i signal- og returvejen.

6. Kabel og fysisk afskærmning

Kabler, der bærer digitale kredsløb og analoge strømme, vil generere parasitisk kapacitans og induktans, hvilket forårsager mange EMC-relaterede problemer. Hvis der anvendes et parsnoet kabel, vil koblingsniveauet blive holdt lavt, og det genererede magnetfelt vil blive elimineret. Til højfrekvente signaler skal der bruges et skærmet kabel, og forsiden og bagsiden af ​​kablet skal jordes for at eliminere EMI-interferens.

Fysisk afskærmning er at indpakke hele eller en del af systemet med en metalpakke for at forhindre EMI i at trænge ind i PCB-kredsløbet. Denne form for afskærmning er som en lukket jordet ledende beholder, som reducerer antennesløjfens størrelse og absorberer EMI.