Beim PCB-Design waren elektromagnetische Kompatibilität (EMC) und verwandte elektromagnetische Interferenzen (EMI) immer zwei Hauptprobleme, die Ingenieure zu Kopfschmerzen geführt haben, insbesondere in der heutigen Leiterplattenkonstruktion und der Komponentenverpackung schrumpfen die Situation mit höherer Geschwindigkeit.

1. Übersprechen und Verkabelung sind die wichtigsten Punkte

Die Verkabelung ist besonders wichtig, um den normalen Stromfluss zu gewährleisten. Wenn der Strom von einem Oszillator oder einem anderen ähnlichen Gerät stammt, ist es besonders wichtig, den Strom von der Erdungsebene getrennt zu halten oder den Strom nicht parallel zu einer anderen Spur laufen zu lassen. Zwei parallele Hochgeschwindigkeitssignale erzeugen EMC und EMI, insbesondere das Übersprechen. Der Widerstandsweg muss der kürzeste sein und der Rückgaberfolger muss so kurz wie möglich sein. Die Länge des Rückwegspfads sollte der Länge der Send -Spur überein sein.

Für EMI wird einer "verletzte Verkabelung" bezeichnet und der andere ist "Opferkabel". Die Kopplung von Induktivität und Kapazität wirkt sich aufgrund des Vorhandenseins elektromagnetischer Felder auf die „Opfer“ -Praxe aus und erzeugt damit die Vorwärts- und Umkehrströme auf der „Opferspur“. In diesem Fall werden Wellen in einer stabilen Umgebung erzeugt, in der die Übertragungslänge und die Empfangslänge des Signals nahezu gleich sind.

In einer ausgewogenen und stabilen Kabelumgebung sollten sich die induzierten Ströme gegenseitig abbrechen, um das Übersprechen zu beseitigen. Wir befinden uns jedoch in einer unvollkommenen Welt, und solche Dinge werden nicht passieren. Unser Ziel ist es daher, das Übersprechen aller Spuren auf ein Minimum zu halten. Wenn die Breite zwischen parallelen Linien doppelt so hoch ist wie die Breite der Linien, kann der Effekt des Übersprechens minimiert werden. Wenn die Spurenbreite beispielsweise 5 mil beträgt, sollte der Mindestabstand zwischen zwei parallelen Laufspuren 10 m oder mehr betragen.

Da neue Materialien und neue Komponenten weiterhin erscheinen, müssen die PCB -Designer weiterhin mit elektromagnetischen Kompatibilitäts- und Interferenzproblemen zu tun haben.

2. Entkopplung Kondensator

Entkopplungskondensatoren können die nachteiligen Auswirkungen von Übersprechen verringern. Sie sollten sich zwischen dem Netzteil und dem Erdungsstift des Geräts befinden, um eine geringe Wechselstromimpedanz zu gewährleisten und Geräusche und Übersprechen zu verringern. Um eine geringe Impedanz über einen weiten Frequenzbereich zu erreichen, sollten mehrere Entkopplungskondensatoren verwendet werden.

Ein wichtiges Prinzip für die Platzierung von Entkopplungskondensatoren ist, dass der Kondensator mit dem kleinsten Kapazitätswert so nah wie möglich am Gerät sein sollte, um den Induktivitätseffekt auf die Spur zu verringern. Dieser bestimmte Kondensator ist so nah wie möglich am Stromstift oder der Stromverfolgung des Geräts und verbindet das Kissen des Kondensators direkt mit der über oder gemahlenen Ebene. Wenn die Spur lang ist, verwenden Sie mehrere Vias, um die Bodenimpedanz zu minimieren.

3. Die PCB erdenken

Eine wichtige Möglichkeit, EMI zu reduzieren, besteht darin, die PCB -Grundebene zu entwerfen. Der erste Schritt besteht darin, den Erdungsbereich innerhalb der Gesamtfläche der PCB -Leiterplatte so groß wie möglich zu gestalten, wodurch die Emission, das Übersprechen und das Geräusch reduziert werden können. Bei der Verbindung jeder Komponente mit dem Erdungspunkt oder der Erdung müssen besondere Vorsicht geboten werden. Wenn dies nicht erfolgt, wird der neutralisierende Effekt einer zuverlässigen Erdungsebene nicht vollständig genutzt.

Ein besonders komplexes PCB -Design hat mehrere stabile Spannungen. Im Idealfall hat jede Referenzspannung eine eigene entsprechende Grundebene. Wenn die Erdungsschicht jedoch zu stark ist, erhöht sie die Herstellungskosten der PCB und macht den Preis zu hoch. Der Kompromiss besteht darin, Bodenebenen in drei bis fünf verschiedenen Positionen zu verwenden, und jede Erdungsebene kann mehrere Bodenteile enthalten. Dies steuert nicht nur die Herstellungskosten der Leiterplatte, sondern reduziert auch EMI und EMC.

Wenn Sie EMC minimieren möchten, ist ein Erdungssystem mit geringer Impedanz sehr wichtig. In einer mehrschichtigen PCB ist es am besten, eine zuverlässige Grundebene zu haben, anstatt eine Kupferdiebstahl oder eine verstreute Grundebene, da sie eine geringe Impedanz aufweist, einen Strompfad liefern kann, die beste Reverse-Signalquelle ist.

Die Zeitspanne, die das Signal zu Boden zurückkehrt, ist ebenfalls sehr wichtig. Die Zeit zwischen dem Signal und der Signalquelle muss gleich sein, andernfalls erzeugt sie ein antennenähnliches Phänomen, wodurch die gestrahlte Energie zu einem Teil von EMI wird. In ähnlicher Weise sollten die Spuren, die Strom an/von der Signalquelle übertragen, so kurz wie möglich sein. Wenn die Länge des Quellpfads und der Rückweg nicht gleich sind, tritt der Bodensprung auf, was auch EMI erzeugt.

4. Vermeiden Sie 90 ° Winkel

Um EMI zu reduzieren, vermeiden Sie Verkabelung, VIAS und andere Komponenten, die einen Winkel von 90 ° bilden, da rechte Winkel Strahlen erzeugen. In dieser Ecke wird die Kapazität zunehmen, und die charakteristische Impedanz wird sich ebenfalls ändern, was zu Reflexionen und dann zu EMI führt. Um 90 ° Winkel zu vermeiden, sollten Spuren mindestens zwei 45 ° -Winkel an die Ecken geleitet werden.

5. Verwenden Sie Vias mit Vorsicht

In fast allen PCB -Layouts müssen VIAS verwendet werden, um leitende Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten herzustellen. PCB -Layout -Ingenieure müssen besonders vorsichtig sein, da VIAS Induktivität und Kapazität erzeugt. In einigen Fällen werden sie auch Reflexionen erzeugen, da sich die charakteristische Impedanz ändert, wenn sich ein Via in der Spur erfolgt.

Denken Sie auch daran, dass VIAS die Länge der Spur erhöht und übereinstimmt werden muss. Wenn es sich um eine unterschiedliche Spur handelt, sollten VIAS so weit wie möglich vermieden werden. Wenn es nicht vermieden werden kann, verwenden Sie VIAS in beiden Spuren, um Verzögerungen im Signal- und Rücklaufpfad auszugleichen.

6. Kabel- und physische Abschirmung

Kabel, die digitale Schaltkreise und analoge Ströme tragen, erzeugen parasitäre Kapazität und Induktivität, was zu vielen EMC-bezogenen Problemen führt. Wenn ein Twisted-Pair-Kabel verwendet wird, wird der Kopplungsniveau niedrig gehalten und das erzeugte Magnetfeld eliminiert. Für Hochfrequenzsignale muss ein abgeschirmtes Kabel verwendet werden, und die Vorder- und Rückseite des Kabels muss geerdet sein, um die EMI-Störungen zu beseitigen.

Die physische Abschirmung besteht darin, das gesamte oder einen Teil des Systems mit einem Metallpaket zu wickeln, um zu verhindern, dass EMI in die PCB -Schaltung eintritt. Diese Art von Abschirmung ist wie ein geschlossener, geerdeter leitender Behälter, der die Antennenschleifgröße reduziert und EMI absorbiert.