PCB-suunnittelussa sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) ja siihen liittyvät sähkömagneettiset häiriöt (EMI) ovat aina olleet kaksi suurta ongelmaa, jotka ovat aiheuttaneet insinöörien päänsärkyä, etenkin nykypäivän piirilevyn suunnittelu- ja komponenttipakkaukset kutistuvat, ja OEM-laitteet vaativat korkeamman nopeuden järjestelmien tilannetta.

1. Crosstalk ja johdotus ovat avainkohtia

Johdotus on erityisen tärkeää virran normaalin virtauksen varmistamiseksi. Jos virta on peräisin oskillaattorista tai muusta vastaavasta laitteesta, on erityisen tärkeää pitää virta erillään maatasosta tai et anna virran kulkea yhdensuuntaisesti toisen jäljen kanssa. Kaksi rinnakkaista nopeaa signaalia tuottavat EMC: n ja EMI: n, erityisesti ylikuormituksen. Resistanssipolun on oltava lyhin, ja paluuvirran polun on oltava mahdollisimman lyhyt. Palautuspolun pituuden tulisi olla sama kuin lähetyksen jäljen pituus.

EMI: lle toista kutsutaan ”loukkaavaksi johdoksi” ja toinen on ”uhrivaroidut johdotukset”. Induktanssin ja kapasitanssin kytkentä vaikuttaa ”uhrin” jäljitykseen sähkömagneettisten kenttien läsnäolon vuoksi, mikä tuottaa eteenpäin ja käänteiset virrat ”uhrin jälkille”. Tässä tapauksessa aallot syntyvät vakaassa ympäristössä, jossa signaalin läpäisypituus ja vastaanottopituus ovat melkein yhtä suuret.

Hyvin tasapainoisessa ja vakaassa johdotusympäristössä indusoitujen virtausten tulisi peruuttaa toiset poistojen poistamiseksi. Olemme kuitenkin epätäydellisessä maailmassa, ja sellaisia ​​asioita ei tapahdu. Siksi tavoitteemme on pitää kaikkien jälkien ylistäminen minimissä. Jos rinnakkaisten viivojen välinen leveys on kaksinkertainen viivojen leveys, Crosstalkin vaikutus voidaan minimoida. Esimerkiksi, jos jäljen leveys on 5 miljoonaa, kahden rinnakkaisen juoksemisen välisen vähimmäisetäisyyden tulisi olla vähintään 10 miljoonaa.

Kun uudet materiaalit ja uudet komponentit tulevat esiin, piirilevyjen suunnittelijoiden on jatkettava sähkömagneettisen yhteensopivuuden ja häiriöongelmien käsittelyä.

2. Kondensaattorin irrottaminen

Kondensaattorit voivat vähentää Crosstalkin haitallisia vaikutuksia. Niiden tulisi sijaita virtalähteen ja laitteen maadoitustapin välissä alhaisen vaihtovirtaimpedanssin varmistamiseksi ja melun ja ylisolujen vähentämiseksi. Matalan impedanssin saavuttamiseksi laajalla taajuusalueella tulisi käyttää useita irrottamiskondensaattoreita.

Tärkeä periaate kondensaattorien asettamiselle on se, että kondensaattorin, jolla on pienin kapasitanssiarvo, tulisi olla mahdollisimman lähellä laitteelle vähentämään induktanssivaikutusta jäljityksessä. Tämä erityinen kondensaattori on mahdollisimman lähellä laitteen tehoa tai virranjälkeä ja kytke kondensaattorin tyyny suoraan Via- tai Maatasoon. Jos jälki on pitkä, käytä useita VIA: ita minimoidaksesi maan impedanssin.

3. Piirrä piirilevy

Tärkeä tapa vähentää EMI: tä on suunnitella piirilevyn maadoitus. Ensimmäinen askel on tehdä maadoitusalue mahdollisimman suureksi piirilevyn kokonaispinta -alaan, mikä voi vähentää päästöjä, ylikuormitusta ja melua. Erityistä varovaisuutta on otettava huomioon kunkin komponentin kytkemällä maadoitukseen tai maatasoon. Jos tätä ei tehdä, luotettavan maatason neutraloivaa vaikutusta ei käytetä kokonaan.

Erityisen monimutkaisella piirilevyllä on useita vakaita jännitteitä. Ihannetapauksessa jokaisella referenssijännitteellä on oma vastaava maataso. Jos maakerros on kuitenkin liikaa, se lisää piirilevyn valmistuskustannuksia ja tekee hinnasta liian korkean. Kompromissi on käyttää maa -tasoja kolmesta viiteen eri asentoon, ja jokainen maataso voi sisältää useita pohjaosoja. Tämä ei vain ohjaa piirilevyn valmistuskustannuksia, vaan myös vähentää EMI: tä ja EMC: tä.

Jos haluat minimoida EMC: n, matala impedanssin maadoitusjärjestelmä on erittäin tärkeä. Monikerroksisessa piirilevyssä on parasta olla luotettava maataso kuin kuparin varentainen tai hajallaan oleva maataso, koska sillä on alhainen impedanssi, voi tarjota virran polun, on paras käänteinen signaalilähde.

Aika, jonka signaali palaa maahan, on myös erittäin tärkeä. Signaalin ja signaalin lähteen välisen ajan on oltava yhtä suuri, muuten se tuottaa antennin kaltaisen ilmiön, mikä tekee säteilevästä energiasta osan EMI: stä. Samoin jäljet, jotka lähettävät virtaa signaalilähteeseen/signaalilähteestä, tulisi olla mahdollisimman lyhyitä. Jos lähdepolun pituus ja paluupolku eivät ole yhtä suuret, esiintyy maata, mikä tuottaa myös EMI: tä.

4. Vältä 90 ° kulmaa

EMI: n vähentämiseksi vältetään johdotus, ViaS ja muut komponentit, jotka muodostavat 90 ° kulman, koska suorat kulmat tuottavat säteilyä. Tässä nurkassa kapasitanssi kasvaa, ja myös ominainen impedanssi muuttuu, mikä johtaa heijastuksiin ja sitten EMI: hen. 90 ° kulmien välttämiseksi jäljet ​​tulee ohjata kulmiin vähintään kahdessa 45 ° kulmassa.

5. Käytä ViaS: tä varoen

Lähes kaikissa piirilevyjen asetteluissa VIA: ta on käytettävä johtavien yhteyksien tarjoamiseen eri kerroksen välillä. Piirilevyasettelun insinöörien on oltava erityisen varovaisia, koska VIAS tuottaa induktanssin ja kapasitanssin. Joissakin tapauksissa ne tuottavat myös heijastuksia, koska ominainen impedanssi muuttuu, kun VIA tehdään jälkikäteen.

Muista myös, että VIA: t lisäävät jäljen pituutta ja on sovitettava yhteen. Jos se on erilainen jälki, ViaS: ää tulisi välttää niin paljon kuin mahdollista. Jos sitä ei voida välttää, käytä VIA: ta molemmissa jäljeissä kompensoidaksesi signaalin ja palautuspolun viivästyksiä.

6. Kaapeli ja fyysinen suojaus

Digitaalisia piirejä ja analogisia virtauksia kuljettavat kaapelit tuottavat loisia kapasitanssi ja induktanssi aiheuttaen monia EMC: hen liittyviä ongelmia. Jos käytetään kierretyn parin kaapelia, kytkentätaso pidetään alhaisena ja muodostettu magneettikenttä eliminoidaan. Korkean taajuussignaalien osalta on käytettävä suojattua kaapelia, ja kaapelin etu- ja takaosan on oltava maadoitettu EMI-häiriöiden poistamiseksi.

Fyysinen suoja on kääriä koko järjestelmän koko tai osa metallipaketilla estääksesi EMI: tä pääsemästä piirilevypiiriin. Tällainen suojaus on kuin suljettu maadoitettu johtava säiliö, joka vähentää antennin silmukan kokoa ja absorboi EMI: tä.