در طراحی PCB، سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) و تداخل الکترومغناطیسی مرتبط (EMI) همیشه دو مشکل عمده بوده است که باعث سردرد مهندسین شده است، به خصوص در طراحی برد مدار امروزی و بسته بندی قطعات در حال کوچک شدن است و OEM ها به وضعیت سیستم های با سرعت بالاتر نیاز دارند.

1. تداخل و سیم کشی نکات کلیدی هستند

سیم کشی به ویژه برای اطمینان از جریان طبیعی جریان مهم است. اگر جریان از یک نوسان ساز یا دستگاه مشابه دیگر می آید، به ویژه مهم است که جریان را از صفحه زمین جدا نگه دارید، یا اجازه ندهید جریان به موازات رد دیگری حرکت کند. دو سیگنال پرسرعت موازی EMC و EMI را تولید می‌کنند، مخصوصاً crosstalk. مسیر مقاومت باید کوتاه ترین باشد و مسیر جریان برگشتی باید تا حد امکان کوتاه باشد. طول ردیابی مسیر بازگشت باید با طول ردیابی ارسال برابر باشد.

برای EMI، یکی "سیم کشی نقض شده" و دیگری "سیم کشی قربانی" نامیده می شود. جفت شدن اندوکتانس و خازن به دلیل وجود میدان های الکترومغناطیسی بر روی ردیابی "قربانی" تأثیر می گذارد و در نتیجه جریان های رو به جلو و معکوس را در "ردیابی قربانی" ایجاد می کند. در این حالت، امواج در یک محیط پایدار که طول انتقال و طول دریافت سیگنال تقریباً برابر است، ایجاد می‌شود.

در یک محیط سیم کشی متعادل و پایدار، جریان های القایی باید یکدیگر را خنثی کنند تا تداخل از بین برود. با این حال، ما در یک دنیای ناقص هستیم و چنین چیزهایی رخ نخواهد داد. بنابراین، هدف ما این است که تداخل همه موارد را به حداقل برسانیم. اگر عرض بین خطوط موازی دو برابر عرض خطوط باشد، تأثیر تداخل را می توان به حداقل رساند. به عنوان مثال، اگر عرض ردیابی 5 میل باشد، حداقل فاصله بین دو مسیر موازی باید 10 میل یا بیشتر باشد.

همانطور که مواد جدید و اجزای جدید همچنان ظاهر می شوند، طراحان PCB باید به مقابله با سازگاری الکترومغناطیسی و مسائل تداخل ادامه دهند.

2. خازن جداسازی

جداسازی خازن ها می تواند اثرات نامطلوب تداخل را کاهش دهد. آنها باید بین پایه منبع تغذیه و پایه زمین دستگاه قرار گیرند تا از امپدانس AC کم و کاهش نویز و تداخل جلوگیری شود. برای دستیابی به امپدانس پایین در محدوده فرکانس وسیع، باید از خازن های جداکننده چندگانه استفاده کرد.

یک اصل مهم برای قرار دادن خازن های جداکننده این است که خازن با کمترین مقدار ظرفیت باید تا حد امکان به دستگاه نزدیک باشد تا اثر اندوکتانس بر روی ردیابی کاهش یابد. این خازن خاص تا حد امکان به پایه پاور یا رد پاور دستگاه نزدیک است و پد خازن را مستقیماً به via یا صفحه زمین وصل کنید. اگر ردیابی طولانی است، از چندین ویز برای به حداقل رساندن امپدانس زمین استفاده کنید.

3. PCB را زمین کنید

یک راه مهم برای کاهش EMI طراحی صفحه زمین PCB است. اولین قدم این است که ناحیه اتصال زمین را تا حد امکان بزرگتر در کل مساحت برد مدار PCB کنید، که می تواند انتشار، تداخل و نویز را کاهش دهد. هنگام اتصال هر جزء به نقطه زمین یا صفحه زمین باید دقت ویژه ای به عمل آید. اگر این کار انجام نشود، اثر خنثی کننده یک هواپیمای زمینی قابل اعتماد به طور کامل مورد استفاده قرار نخواهد گرفت.

یک طراحی پیچیده PCB دارای چندین ولتاژ پایدار است. در حالت ایده آل، هر ولتاژ مرجع صفحه زمین مربوط به خود را دارد. با این حال، اگر لایه زمین بیش از حد باشد، هزینه ساخت PCB را افزایش می دهد و قیمت را بسیار بالا می برد. مصالحه این است که از صفحات زمینی در سه تا پنج موقعیت مختلف استفاده شود و هر صفحه زمینی می‌تواند شامل چندین بخش زمینی باشد. این نه تنها هزینه ساخت برد مدار را کنترل می کند، بلکه EMI و EMC را نیز کاهش می دهد.

اگر می خواهید EMC را به حداقل برسانید، سیستم اتصال زمین با امپدانس کم بسیار مهم است. در PCB چند لایه، بهتر است یک صفحه زمین قابل اعتماد داشته باشید، به جای یک صفحه مسی دزد یا پراکنده زمین، زیرا امپدانس پایینی دارد، می تواند مسیر جریان را ارائه دهد، بهترین منبع سیگنال معکوس است.

مدت زمان بازگشت سیگنال به زمین نیز بسیار مهم است. زمان بین سیگنال و منبع سیگنال باید برابر باشد، در غیر این صورت یک پدیده آنتن مانند ایجاد می کند و انرژی تابیده شده را بخشی از EMI می کند. به طور مشابه، ردپایی که جریان را به/از منبع سیگنال منتقل می کند باید تا حد امکان کوتاه باشد. اگر طول مسیر مبدا و مسیر برگشت برابر نباشند، جهش زمین رخ می دهد که EMI را نیز ایجاد می کند.

4. از زاویه 90 درجه اجتناب کنید

به منظور کاهش EMI، از سیم کشی، ویا و سایر اجزای تشکیل دهنده زاویه 90 درجه اجتناب کنید، زیرا زوایای راست باعث ایجاد تشعشع می شود. در این گوشه، ظرفیت خازن افزایش می‌یابد و امپدانس مشخصه نیز تغییر می‌کند که منجر به بازتاب و سپس EMI می‌شود. برای جلوگیری از زوایای 90 درجه، آثار باید حداقل در دو زاویه 45 درجه به گوشه ها هدایت شوند.

5. از vias با احتیاط استفاده کنید

تقریباً در تمام طرح‌بندی‌های PCB، باید از vias برای ایجاد اتصالات رسانا بین لایه‌های مختلف استفاده شود. مهندسین چیدمان PCB باید به ویژه مراقب باشند زیرا vias اندوکتانس و ظرفیت خازنی ایجاد می کند. در برخی موارد، آنها همچنین بازتاب ایجاد می کنند، زیرا امپدانس مشخصه با ایجاد یک via در ردیابی تغییر می کند.

همچنین به یاد داشته باشید که vias طول ردیابی را افزایش می دهد و باید مطابقت داده شود. اگر یک ردیابی دیفرانسیل است، باید تا حد امکان از Vias اجتناب شود. اگر نمی توان از آن اجتناب کرد، از vias در هر دو مسیر برای جبران تاخیر در سیگنال و مسیر برگشت استفاده کنید.

6. کابل و محافظ فیزیکی

کابل‌های حامل مدارهای دیجیتال و جریان‌های آنالوگ، خازن و اندوکتانس انگلی تولید می‌کنند که باعث بسیاری از مشکلات مرتبط با EMC می‌شود. اگر از کابل جفت تابیده استفاده شود، سطح کوپلینگ پایین نگه داشته می شود و میدان مغناطیسی ایجاد شده حذف می شود. برای سیگنال های فرکانس بالا، باید از کابل محافظ استفاده شود و جلو و پشت کابل باید به زمین متصل شود تا تداخل EMI از بین برود.

محافظ فیزیکی عبارت است از بسته بندی کل یا بخشی از سیستم با یک بسته فلزی برای جلوگیری از ورود EMI به مدار PCB. این نوع محافظ مانند یک محفظه رسانای زمین بسته است که اندازه حلقه آنتن را کاهش می دهد و EMI را جذب می کند.