U dizajnu PCB-a, elektromagnetska kompatibilnost (EMC) i povezane elektromagnetske smetnje (EMI) uvijek su bili dva glavna problema koji su inženjerima izazivali glavobolje, posebno u današnjem dizajnu tiskanih ploča i pakiranju komponenti se smanjuje, a proizvođači originalne opreme zahtijevaju sustave veće brzine Situacija.

1. Preslušavanje i ožičenje su ključne točke

Ožičenje je posebno važno za osiguranje normalnog protoka struje. Ako struja dolazi iz oscilatora ili drugog sličnog uređaja, posebno je važno držati struju odvojenom od ravnine uzemljenja ili ne dopustiti da struja teče paralelno s drugim tragom. Dva paralelna signala velike brzine će generirati EMC i EMI, posebno preslušavanje. Put otpora mora biti najkraći, a put povratne struje mora biti što kraći. Duljina traga povratne staze trebala bi biti ista kao duljina traga slanja.

Za EMI, jedan se naziva "povrijeđeno ožičenje", a drugi je "ožičenje oštećeno". Sprezanje induktiviteta i kapacitivnosti utjecat će na trag "žrtve" zbog prisutnosti elektromagnetskih polja, generirajući tako struju naprijed i nazad na "tragu žrtve". U ovom slučaju, valovi će se generirati u stabilnom okruženju gdje su duljina prijenosa i duljina prijema signala gotovo jednake.

U dobro uravnoteženom i stabilnom okruženju ožičenja, inducirane struje trebale bi se međusobno poništiti kako bi se uklonile preslušavanja. Međutim, mi smo u nesavršenom svijetu i takve stvari se neće dogoditi. Stoga je naš cilj svesti preslušavanje svih tragova na minimum. Ako je širina između paralelnih linija dvostruko veća od širine linija, učinak preslušavanja može se svesti na minimum. Na primjer, ako je širina traga 5 mil, minimalna udaljenost između dva paralelna traga treba biti 10 mil ili više.

Kako se novi materijali i nove komponente nastavljaju pojavljivati, dizajneri PCB-a moraju se nastaviti baviti problemima elektromagnetske kompatibilnosti i smetnji.

2. Kondenzator za odvajanje

Kondenzatori za odvajanje mogu smanjiti štetne učinke preslušavanja. Trebaju se nalaziti između igle za napajanje i uzemljenja uređaja kako bi se osigurala niska impedancija izmjenične struje i smanjila buka i preslušavanje. Kako bi se postigla niska impedancija u širokom frekvencijskom rasponu, potrebno je koristiti više kondenzatora za odvajanje.

Važan princip za postavljanje kondenzatora za odvajanje je da kondenzator s najmanjom vrijednošću kapacitivnosti treba biti što je moguće bliže uređaju kako bi se smanjio učinak induktiviteta na trag. Ovaj konkretni kondenzator je što je moguće bliže priključku za napajanje ili tragu napajanja uređaja i spojite pločicu kondenzatora izravno na priključak ili uzemljenje. Ako je trag dugačak, upotrijebite više prolaza kako biste smanjili impedanciju uzemljenja.

3. Uzemljite PCB

Važan način smanjenja elektromagnetskih pomaka je dizajn uzemljenja PCB ploče. Prvi korak je da područje uzemljenja bude što je moguće veće unutar ukupne površine PCB ploče, što može smanjiti emisiju, preslušavanje i šum. Posebna pažnja mora se posvetiti prilikom spajanja svake komponente na uzemljenu točku ili ravninu uzemljenja. Ako se to ne učini, neutralizirajući učinak pouzdane uzemljene ravnine neće biti u potpunosti iskorišten.

Posebno složen PCB dizajn ima nekoliko stabilnih napona. Idealno, svaki referentni napon ima svoju odgovarajuću ravninu uzemljenja. Međutim, ako je sloja tla previše, to će povećati troškove proizvodnje PCB-a i učiniti cijenu previsokom. Kompromis je koristiti uzemljene ravnine u tri do pet različitih položaja, a svaka uzemljena ravnina može sadržavati više uzemljenih dijelova. Ovo ne samo da kontrolira troškove proizvodnje tiskane ploče, već također smanjuje EMI i EMC.

Ako želite minimizirati EMC, vrlo je važan sustav uzemljenja niske impedancije. U višeslojnoj tiskanoj ploči najbolje je imati pouzdanu ravninu uzemljenja, umjesto bakrene ravnine koja krade ili raspršene uzemljenja, jer ima nisku impedanciju, može osigurati strujni put, najbolji je izvor obrnutog signala.

Duljina vremena u kojem se signal vraća na zemlju također je vrlo važna. Vrijeme između signala i izvora signala mora biti jednako, inače će proizvesti fenomen sličan anteni, čineći izračenu energiju dijelom EMI-ja. Slično tome, tragovi koji prenose struju do/od izvora signala trebaju biti što kraći. Ako duljina puta izvora i povratnog puta nije jednaka, doći će do odbijanja tla, što će također generirati EMI.

4. Izbjegavajte kut od 90°

Kako biste smanjili EMI, izbjegavajte ožičenje, otvore i druge komponente koje tvore kut od 90° jer će pravi kutovi generirati zračenje. U ovom kutu, kapacitet će se povećati, a karakteristična impedancija će se također promijeniti, što dovodi do refleksije, a zatim EMI. Kako biste izbjegli kutove od 90°, tragove treba usmjeriti do uglova barem pod dva kuta od 45°.

5. Koristite otvore s oprezom

U gotovo svim izgledima PCB-a, vias se moraju koristiti za osiguravanje vodljivih veza između različitih slojeva. Inženjeri za izradu PCB ploča moraju biti posebno oprezni jer će vias generirati induktivitet i kapacitet. U nekim slučajevima, oni će također proizvesti refleksije, jer će se karakteristična impedancija promijeniti kada se u tragu napravi otvor.

Također zapamtite da će vias povećati duljinu traga i potrebno ih je uskladiti. Ako se radi o diferencijalnom tragu, vias treba izbjegavati što je više moguće. Ako se to ne može izbjeći, koristite prelaze u oba traga kako biste kompenzirali kašnjenja u signalu i povratnom putu.

6. Kabelska i fizička zaštita

Kabeli koji nose digitalne sklopove i analogne struje stvarat će parazitski kapacitet i induktivitet, uzrokujući mnoge probleme povezane s EMC-om. Ako se koristi kabel s upredenom paricom, razina spoja bit će niska i generirano magnetsko polje će se eliminirati. Za visokofrekventne signale mora se koristiti oklopljeni kabel, a prednji i stražnji dio kabela moraju biti uzemljeni kako bi se uklonile EMI smetnje.

Fizička zaštita je omotavanje cijelog ili dijela sustava metalnim paketom kako bi se spriječio EMI da uđe u PCB krug. Ova vrsta zaštite je poput zatvorenog uzemljenog vodljivog spremnika, koji smanjuje veličinu antenske petlje i apsorbira EMI.