PCB projekteerimisel on elektromagnetiline ühilduvus (EMC) ja sellega seotud elektromagnetilised häired (EMI) alati olnud kaks peamist probleemi, mis on inseneridele peavalu valmistanud, eriti tänapäeva trükkplaatide disain ja komponentide pakendid vähenevad ning originaalseadmete tootjad nõuavad suurema kiirusega süsteeme Olukord.
1. Risttalk ja juhtmestik on võtmepunktid
Juhtmed on eriti olulised normaalse voolu tagamiseks. Kui vool tuleb ostsillaatorist või muust sarnasest seadmest, on eriti oluline hoida vool maapinnast lahus või mitte lasta voolul kulgeda paralleelselt mõne teise jäljega. Kaks paralleelset kiiret signaali genereerivad elektromagnetilise ühilduvuse ja elektromagnetilise häire, eriti ülekõla. Takistuse tee peab olema lühim ja tagasivoolu tee peab olema võimalikult lühike. Tagastustee jälje pikkus peaks olema sama, mis saatmisjälje pikkus.
EMI puhul nimetatakse ühte "rikutud juhtmestikuks" ja teist "ohverdatud juhtmestikuks". Induktiivsuse ja mahtuvuse sidumine mõjutab "ohvri" jälge elektromagnetväljade olemasolu tõttu, tekitades seeläbi "ohvri jäljel" edasi- ja tagasivoolu. Sel juhul tekitatakse pulsatsioonid stabiilses keskkonnas, kus signaali edastus- ja vastuvõtupikkus on peaaegu võrdne.
Hästi tasakaalustatud ja stabiilses juhtmestiku keskkonnas peaksid indutseeritud voolud üksteist kustutama, et vältida ülekuulamist. Siiski oleme ebatäiuslikus maailmas ja selliseid asju ei juhtu. Seetõttu on meie eesmärk viia kõigi jälgede läbirääkimine miinimumini. Kui paralleelsete joonte vaheline laius on kaks korda suurem kui joonte laius, saab läbirääkimise mõju minimeerida. Näiteks kui jälje laius on 5 miili, peaks minimaalne vahemaa kahe paralleelse jooksva jälje vahel olema 10 miili või rohkem.
Kuna uued materjalid ja uued komponendid ilmuvad jätkuvalt, peavad PCB-de disainerid jätkuvalt tegelema elektromagnetilise ühilduvuse ja häirete probleemidega.
2. Lahtisidestuskondensaator
Kondensaatorite lahtisidumine võib vähendada ülekõla kahjulikke mõjusid. Need peaksid asuma toiteallika kontakti ja seadme maandustihvti vahel, et tagada madal vahelduvvoolutakistus ning vähendada müra ja ülekõla. Madala impedantsi saavutamiseks laias sagedusvahemikus tuleks kasutada mitut lahtisidestuskondensaatorit.
Lahtisiduvate kondensaatorite paigutamise oluline põhimõte on see, et väikseima mahtuvusväärtusega kondensaator peaks asuma seadmele võimalikult lähedal, et vähendada induktiivsuse mõju jäljele. See konkreetne kondensaator on võimalikult lähedal seadme toitetihvtile või toitejäljele ja ühendage kondensaatori padi otse voolu- või maandusplaadiga. Kui jälg on pikk, kasutage maandustakistuse minimeerimiseks mitut läbiviiku.
3. Maandage PCB
Oluline viis EMI vähendamiseks on PCB maandusplaadi projekteerimine. Esimene samm on muuta maandusala PCB trükkplaadi kogupindalast võimalikult suureks, mis võib vähendada emissiooni, ülekõla ja müra. Iga komponendi ühendamisel maanduspunkti või maandusplaadiga tuleb olla eriti ettevaatlik. Kui seda ei tehta, ei kasutata usaldusväärse maapinna neutraliseerivat toimet täielikult ära.
Eriti keerulisel PCB konstruktsioonil on mitu stabiilset pinget. Ideaalis on igal võrdluspingel oma vastav maandustasapind. Kui aga maapinda on liiga palju, suurendab see PCB tootmiskulusid ja muudab hinna liiga kõrgeks. Kompromiss seisneb selles, et alusplaate kasutatakse kolmes kuni viies erinevas asendis ja iga maatasapind võib sisaldada mitut maapealset osa. See mitte ainult ei kontrolli trükkplaadi tootmiskulusid, vaid vähendab ka EMI ja EMC.
Kui soovite EMC-d minimeerida, on madala takistusega maandussüsteem väga oluline. Mitmekihilise PCB puhul on parem kasutada usaldusväärset alusplaati, mitte vasest varastatud või hajutatud alusplaati, kuna sellel on madal takistus, see võib pakkuda vooluteed ja on parim pöördsignaali allikas.
Väga oluline on ka aeg, mille jooksul signaal maapinnale naaseb. Signaali ja signaaliallika vaheline aeg peab olema võrdne, vastasel juhul tekitab see antennitaolise nähtuse, muutes kiiratava energia osaks EMI-st. Samamoodi peaksid jäljed, mis edastavad voolu signaaliallikasse/signaaliallikast, olema võimalikult lühikesed. Kui lähtetee ja tagasitee pikkus ei ole võrdne, toimub maapinna põrge, mis tekitab ka EMI.
4. Vältige 90° nurka
Elektromagnetilise häire vähendamiseks vältige juhtmestiku, läbipääsude ja muude komponentide moodustamist 90° nurga all, sest täisnurgad tekitavad kiirgust. Selles nurgas suureneb mahtuvus ja muutub ka iseloomulik takistus, mis põhjustab peegeldusi ja seejärel EMI. 90° nurkade vältimiseks tuleks jäljed suunata nurkadesse vähemalt kahe 45° nurga all.
5. Kasutage viaasid ettevaatlikult
Peaaegu kõigis PCB paigutustes tuleb erinevate kihtide vahel juhtivate ühenduste tagamiseks kasutada läbiviike. PCB paigutuse insenerid peavad olema eriti ettevaatlikud, kuna läbiviigud tekitavad induktiivsust ja mahtuvust. Mõnel juhul tekitavad need ka peegeldusi, kuna jälje sisseviimisel muutub iseloomulik takistus.
Samuti pidage meeles, et VI-d pikendavad jälje pikkust ja need tuleb sobitada. Kui tegemist on diferentsiaaljäljega, tuleks via-sid nii palju kui võimalik vältida. Kui seda ei ole võimalik vältida, kasutage signaali ja tagasitee viivitusi kompenseerimiseks mõlemas jäljes.
6. Kaabel ja füüsiline varjestus
Digitaallülitusi ja analoogvoolu kandvad kaablid tekitavad parasiitmahtuvust ja induktiivsust, põhjustades palju elektromagnetilise ühilduvusega seotud probleeme. Kui kasutatakse keerdpaarkaablit, hoitakse sidumistase madalal ja tekkiv magnetväli elimineeritakse. Kõrgsageduslike signaalide jaoks tuleb kasutada varjestatud kaablit ning kaabli esi- ja tagakülg peavad olema EMI-häirete kõrvaldamiseks maandatud.
Füüsiline varjestus on kogu süsteemi või selle osa mähkimine metallpakendiga, et vältida EMI sattumist PCB vooluringi. Selline varjestus sarnaneb suletud maandatud juhtiva mahutiga, mis vähendab antenni silmuse suurust ja neelab EMI.