Nella progettazione di PCB, la compatibilità elettromagnetica (EMC) e le relative interferenze elettromagnetiche (EMI) sono sempre state due problemi principali che hanno causato il mal di testa ingegneri, specialmente nella progettazione e l'imballaggio dei componenti di oggi e gli OEM richiedono una situazione di sistemi a velocità maggiore.

1. Crosstalk e cablaggio sono i punti chiave

Il cablaggio è particolarmente importante per garantire il normale flusso di corrente. Se la corrente proviene da un oscillatore o altro dispositivo simile, è particolarmente importante mantenere la corrente separata dal piano di terra o non far funzionare la corrente parallela a un'altra traccia. Due segnali paralleli ad alta velocità genereranno EMC ed EMI, in particolare Crosstalk. Il percorso di resistenza deve essere il più breve e il percorso di corrente di ritorno deve essere il più breve possibile. La lunghezza della traccia del percorso di ritorno dovrebbe essere uguale alla lunghezza della traccia di invio.

Per EMI, uno si chiama "cablaggio violato" e l'altro è "cablaggio vittimizzato". L'accoppiamento dell'induttanza e della capacità influenzerà la traccia della "vittima" a causa della presenza di campi elettromagnetici, generando così correnti in avanti e inversa sulla "traccia della vittima". In questo caso, le increspature verranno generate in un ambiente stabile in cui la lunghezza della trasmissione e la lunghezza della ricezione del segnale sono quasi uguali.

In un ambiente di cablaggio ben bilanciato e stabile, le correnti indotte dovrebbero annullarsi a vicenda per eliminare il crosstalk. Tuttavia, siamo in un mondo imperfetto e tali cose non accadranno. Pertanto, il nostro obiettivo è ridurre al minimo la crosstalk di tutte le tracce. Se la larghezza tra le linee parallele è il doppio della larghezza delle linee, l'effetto del crosstalk può essere ridotto al minimo. Ad esempio, se la larghezza di traccia è di 5 mil, la distanza minima tra due tracce di corsa parallele dovrebbe essere di 10 mil o più.

Man mano che i nuovi materiali e nuovi componenti continuano ad apparire, i progettisti di PCB devono continuare a gestire la compatibilità elettromagnetica e i problemi di interferenza.

2. Capacità di disaccoppiamento

I condensatori di disaccoppiamento possono ridurre gli effetti avversi del crosstalk. Dovrebbero essere posizionati tra il perno dell'alimentazione e il perno di terra del dispositivo per garantire una bassa impedenza AC e ridurre il rumore e la crosstalk. Per ottenere una bassa impedenza su un ampio intervallo di frequenza, è necessario utilizzare più condensatori di disaccoppiamento.

Un principio importante per il posizionamento di condensatori di disaccoppiamento è che il condensatore con il valore di capacità più piccolo dovrebbe essere il più vicino possibile al dispositivo per ridurre l'effetto di induttanza sulla traccia. Questo particolare condensatore è il più vicino possibile al perno di alimentazione o alla traccia di potenza del dispositivo e collega il cuscinetto del condensatore direttamente al piano Via o Ground. Se la traccia è lunga, utilizzare più VIA per ridurre al minimo l'impedenza di terra.

3. Metti a terra il PCB

Un modo importante per ridurre l'EMI è progettare il piano di terra del PCB. Il primo passo è quello di rendere l'area di messa a terra il più grande possibile all'interno dell'area totale del circuito PCB, che può ridurre l'emissione, la crosstalk e il rumore. È necessario prestare particolare attenzione quando si collega ciascun componente al punto di terra o al piano di terra. Se ciò non viene fatto, l'effetto neutralizzante di un piano di terra affidabile non sarà completamente utilizzato.

Un design PCB particolarmente complesso ha diverse tensioni stabili. Idealmente, ogni tensione di riferimento ha il suo piano di terra corrispondente. Tuttavia, se lo strato di terra è troppo, aumenterà il costo di produzione del PCB e renderà il prezzo troppo alto. Il compromesso consiste nell'utilizzare i piani di terra in tre o cinque diverse posizioni e ogni piano di terra può contenere più parti di terra. Ciò non solo controlla il costo di produzione del circuito, ma riduce anche EMI ed EMC.

Se si desidera ridurre al minimo EMC, un sistema di messa a terra a bassa impedenza è molto importante. In un PCB multistrato, è meglio avere un piano di terra affidabile, piuttosto che un ladro di rame o un piano di terra sparso, poiché ha una bassa impedenza, può fornire un percorso di corrente, è la migliore sorgente di segnale inversa.

Anche il periodo di tempo in cui il segnale ritorna a terra è molto importante. Il tempo tra il segnale e la sorgente del segnale deve essere uguale, altrimenti produrrà un fenomeno simile all'antenna, rendendo l'energia irradiata una parte di EMI. Allo stesso modo, le tracce che trasmettono la corrente a/dalla sorgente del segnale dovrebbero essere il più brevi possibile. Se la lunghezza del percorso della sorgente e il percorso di ritorno non sono uguali, si verificherà un rimbalzo a terra, che genererà anche EMI.

4. Evitare l'angolo di 90 °

Al fine di ridurre l'EMI, evitare cablaggio, VIA e altri componenti che formano un angolo di 90 °, poiché gli angoli retti genereranno radiazioni. In questo angolo, la capacità aumenterà e l'impedenza caratteristica cambierà anche, portando a riflessi e poi EMI. Per evitare angoli di 90 °, le tracce devono essere indirizzate agli angoli almeno a due angoli a 45 °.

5. Usa Vias con cautela

In quasi tutti i layout PCB, VIA deve essere utilizzato per fornire connessioni conduttive tra i diversi livelli. Gli ingegneri del layout PCB devono essere particolarmente attenti perché VIA genererà induttanza e capacità. In alcuni casi, produrranno anche riflessioni, perché l'impedenza caratteristica cambierà quando viene effettuata una VIA nella traccia.

Ricorda inoltre che Vias aumenterà la lunghezza della traccia e dovrà essere abbinata. Se si tratta di una traccia differenziale, VIA dovrebbe essere evitata il più possibile. Se non può essere evitato, utilizzare VIA in entrambe le tracce per compensare i ritardi nel percorso del segnale e di restituzione.

6. Scherzata cavo e fisica

I cavi che trasportano circuiti digitali e correnti analogiche genereranno capacità e induttanza parassita, causando molti problemi correlati all'EMC. Se viene utilizzato un cavo a coppia intrecciata, il livello di accoppiamento verrà mantenuto basso e il campo magnetico generato verrà eliminato. Per i segnali ad alta frequenza, è necessario utilizzare un cavo schermato e la parte anteriore e posteriore del cavo deve essere messa a terra per eliminare l'interferenza EMI.

La schermatura fisica è quella di avvolgere l'intero o parte del sistema con un pacchetto metallico per impedire all'EMI di entrare nel circuito PCB. Questo tipo di schermatura è come un contenitore conduttivo a terra chiusa, che riduce la dimensione del ciclo dell'antenna e assorbe EMI.