Στο σχεδιασμό PCB, η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) και οι σχετικές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) ήταν πάντα δύο σημαντικά προβλήματα που έχουν προκαλέσει μηχανικούς σε πονοκέφαλο, ειδικά στη σημερινή σχεδίαση του πίνακα κυκλωμάτων και η συσκευασία των εξαρτημάτων συρρικνώνονται και οι ΚΑΕ απαιτούν κατάσταση υψηλότερης ταχύτητας.

1.

Η καλωδίωση είναι ιδιαίτερα σημαντική για να εξασφαλιστεί η κανονική ροή του ρεύματος. Εάν το ρεύμα προέρχεται από έναν ταλαντωτή ή άλλη παρόμοια συσκευή, είναι ιδιαίτερα σημαντικό να διατηρείτε το ρεύμα ξεχωριστό από το επίπεδο του εδάφους ή να μην αφήσετε την τρέχουσα εκτέλεση παράλληλη σε άλλο ίχνος. Δύο παράλληλα σήματα υψηλής ταχύτητας θα δημιουργήσουν EMC και EMI, ειδικά crosstalk. Η διαδρομή αντίστασης πρέπει να είναι η συντομότερη και η διαδρομή ρεύματος επιστροφής πρέπει να είναι όσο το δυνατόν συντομότερη. Το μήκος της διαδρομής επιστροφής πρέπει να είναι το ίδιο με το μήκος του ίχνους αποστολής.

Για το EMI, το ένα ονομάζεται "παραβίαση καλωδίωσης" και το άλλο είναι "θύματα καλωδίωσης". Η σύζευξη της επαγωγής και της χωρητικότητας θα επηρεάσει το ίχνος "θύματος" λόγω της παρουσίας ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, δημιουργώντας έτσι προς τα εμπρός και αντίστροφα ρεύματα στο "ίχνος των θυμάτων". Σε αυτή την περίπτωση, οι κυματισμοί θα δημιουργηθούν σε ένα σταθερό περιβάλλον όπου το μήκος μετάδοσης και το μήκος λήψης του σήματος είναι σχεδόν ίσο.

Σε ένα καλά ισορροπημένο και σταθερό περιβάλλον καλωδίωσης, τα επαγόμενα ρεύματα θα πρέπει να ακυρώσουν ο ένας τον άλλον για να εξαλείψουν το Crosstalk. Ωστόσο, βρισκόμαστε σε έναν ατελές κόσμο και τέτοια πράγματα δεν θα συμβούν. Ως εκ τούτου, ο στόχος μας είναι να διατηρήσουμε το ελάχιστο όλων των ιχνών. Εάν το πλάτος μεταξύ των παράλληλων γραμμών είναι διπλάσιο από το πλάτος των γραμμών, η επίδραση του crosstalk μπορεί να ελαχιστοποιηθεί. Για παράδειγμα, εάν το πλάτος ιχνοστοιχείων είναι 5 mils, η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο παράλληλων ιχνών λειτουργίας πρέπει να είναι 10 mils ή περισσότερο.

Καθώς τα νέα υλικά και τα νέα εξαρτήματα εξακολουθούν να εμφανίζονται, οι σχεδιαστές PCB πρέπει να συνεχίσουν να ασχολούνται με την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα και τα ζητήματα παρεμβολής.

2. Πυκνωτής αποσύνδεσης

Οι πυκνωτές αποσύνδεσης μπορούν να μειώσουν τις δυσμενείς επιπτώσεις της παρεμβολής. Θα πρέπει να βρίσκονται μεταξύ του πείρου τροφοδοσίας και του πείρου γείωσης της συσκευής για να εξασφαλίσουν χαμηλή αντίσταση AC και να μειώσουν τον θόρυβο και τη διασταύρωση. Για να επιτευχθεί χαμηλή αντίσταση σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, πρέπει να χρησιμοποιηθούν πολλαπλοί πυκνωτές αποσύνδεσης.

Μια σημαντική αρχή για την τοποθέτηση πυκνωτών αποσύνδεσης είναι ότι ο πυκνωτής με τη μικρότερη τιμή χωρητικότητας πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στη συσκευή για να μειωθεί η επίδραση της επαγωγής στο ίχνος. Αυτός ο συγκεκριμένος πυκνωτής είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στον πείρο ισχύος ή το ίχνος ισχύος της συσκευής και συνδέστε το μαξιλάρι του πυκνωτή απευθείας στο επίπεδο VIA ή γείωσης. Εάν το ίχνος είναι μακρύ, χρησιμοποιήστε πολλαπλά VIAs για να ελαχιστοποιήσετε την αντίσταση του εδάφους.

3. Γειωμένο το PCB

Ένας σημαντικός τρόπος για να μειωθεί το EMI είναι να σχεδιάσει το επίπεδο γείωσης PCB. Το πρώτο βήμα είναι να γίνει η περιοχή γείωσης όσο το δυνατόν μεγαλύτερη εντός της συνολικής επιφάνειας της πλακέτας κυκλώματος PCB, η οποία μπορεί να μειώσει τις εκπομπές, τη διασταύρωση και τον θόρυβο. Ειδική προσοχή πρέπει να δοθεί όταν συνδέεστε κάθε στοιχείο με το σημείο γείωσης ή το επίπεδο γείωσης. Εάν αυτό δεν γίνει, η εξουδετερωτική επίδραση ενός αξιόπιστου επιπέδου εδάφους δεν θα χρησιμοποιηθεί πλήρως.

Ένας ιδιαίτερα σύνθετος σχεδιασμός PCB έχει αρκετές σταθερές τάσεις. Στην ιδανική περίπτωση, κάθε τάση αναφοράς έχει το δικό της αντίστοιχο επίπεδο εδάφους. Ωστόσο, εάν το στρώμα εδάφους είναι πάρα πολύ, θα αυξήσει το κόστος κατασκευής του PCB και θα κάνει την τιμή πολύ υψηλή. Ο συμβιβασμός είναι να χρησιμοποιηθούν επίπεδα εδάφους σε τρεις έως πέντε διαφορετικές θέσεις και κάθε επίπεδο γείωσης μπορεί να περιέχει πολλαπλά μέρη εδάφους. Αυτό όχι μόνο ελέγχει το κόστος κατασκευής του πίνακα κυκλωμάτων, αλλά μειώνει επίσης την EMI και την EMC.

Εάν θέλετε να ελαχιστοποιήσετε το EMC, ένα σύστημα γείωσης χαμηλής αντίστασης είναι πολύ σημαντικό. Σε ένα PCB πολλαπλών στρώσεων, είναι καλύτερο να έχετε ένα αξιόπιστο επίπεδο εδάφους, αντί για ένα κλέφτη χαλκού ή διάσπαρτο επίπεδο εδάφους, επειδή έχει χαμηλή αντίσταση, μπορεί να προσφέρει μια τρέχουσα διαδρομή, είναι η καλύτερη πηγή αντίστροφης σήματος.

Το χρονικό διάστημα που επιστρέφει το σήμα στο έδαφος είναι επίσης πολύ σημαντικό. Ο χρόνος μεταξύ του σήματος και της πηγής σήματος πρέπει να είναι ίσος, διαφορετικά θα παράγει ένα φαινόμενο που μοιάζει με κεραία, καθιστώντας την ακτινοβολούμενη ενέργεια ένα μέρος του EMI. Ομοίως, τα ίχνη που μεταδίδουν ρεύμα σε/προς την πηγή σήματος θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν συντομότερα. Εάν το μήκος της διαδρομής πηγής και η διαδρομή επιστροφής δεν είναι ίσο, θα εμφανιστεί αναπήδηση, η οποία θα δημιουργήσει επίσης EMI.

4. Αποφύγετε τη γωνία 90 °

Προκειμένου να μειωθεί το EMI, αποφεύγετε την καλωδίωση, τα vias και άλλα εξαρτήματα που σχηματίζουν γωνία 90 °, επειδή οι ορθές γωνίες θα παράγουν ακτινοβολία. Σε αυτή τη γωνία, η χωρητικότητα θα αυξηθεί και η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση θα αλλάξει επίσης, οδηγώντας σε αντανακλάσεις και στη συνέχεια EMI. Για να αποφευχθούν γωνίες 90 °, τα ίχνη θα πρέπει να δρομολογούνται στις γωνίες τουλάχιστον σε δύο γωνίες 45 °.

5. Χρησιμοποιήστε το VIAS με προσοχή

Σε όλες σχεδόν τις διατάξεις PCB, τα VIA πρέπει να χρησιμοποιούνται για την παροχή αγώγιμων συνδέσεων μεταξύ διαφορετικών στρωμάτων. Οι μηχανικοί διάταξης PCB πρέπει να είναι ιδιαίτερα προσεκτικοί επειδή τα VIAs θα δημιουργήσουν επαγωγή και χωρητικότητα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, θα παράγουν επίσης αντανακλάσεις, επειδή η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση θα αλλάξει όταν η VIA γίνεται στο ίχνος.

Επίσης, θυμηθείτε ότι τα VIAs θα αυξήσουν το μήκος του ίχνους και θα πρέπει να ταιριάζουν. Εάν πρόκειται για διαφορικό ίχνος, πρέπει να αποφεύγονται όσο το δυνατόν περισσότερο τα βήματα. Εάν δεν μπορεί να αποφευχθεί, χρησιμοποιήστε τα VIA και στα δύο ίχνη για να αντισταθμίσετε τις καθυστερήσεις στη διαδρομή σήματος και επιστροφής.

6. Καλώδιο και φυσική θωράκιση

Τα καλώδια που μεταφέρουν ψηφιακά κυκλώματα και αναλογικά ρεύματα θα παράγουν παρασιτική χωρητικότητα και επαγωγή, προκαλώντας πολλά προβλήματα που σχετίζονται με την EMC. Εάν χρησιμοποιηθεί ένα καλώδιο στριμμένα ζεύγη, το επίπεδο σύζευξης θα διατηρηθεί χαμηλό και το δημιουργημένο μαγνητικό πεδίο θα εξαλειφθεί. Για σήματα υψηλής συχνότητας, πρέπει να χρησιμοποιείται ένα θωρακισμένο καλώδιο και το μπροστινό και το πίσω μέρος του καλωδίου πρέπει να γειωθεί για την εξάλειψη των παρεμβολών EMI.

Η φυσική θωράκιση είναι να τυλίξει το σύνολο ή μέρος του συστήματος με μεταλλικό πακέτο για να αποτρέψει την είσοδο στο EMI στο κύκλωμα PCB. Αυτό το είδος θωράκισης είναι σαν ένα κλειστό γειωμένο αγώγιμο δοχείο, το οποίο μειώνει το μέγεθος του βρόχου κεραίας και απορροφά το EMI.