בתכנון PCB, תאימות אלקטרומגנטית (EMC) והפרעות אלקטרומגנטיות קשורות (EMI) היו תמיד שתי בעיות עיקריות שגרמו למהנדסים לכאב ראש, במיוחד בתכנון המעגלים של היום ואריזת הרכיבים מתכווצים, ויצרני OEM דורשים מצב מערכות מהירות יותר.

1. הצלבה וחיווט הם נקודות המפתח

החיווט חשוב במיוחד כדי להבטיח את זרימת הזרם הרגילה. אם הזרם מגיע מתנד או מכשיר דומה אחר, חשוב במיוחד לשמור על הזרם נפרד ממישור ההארקה, או לא לתת לזרם לעבור במקביל לעקבה אחרת. שני אותות מקבילים במהירות גבוהה ייצרו EMC ו-EMI, במיוחד דיבור. נתיב ההתנגדות חייב להיות הקצר ביותר, ומסלול הזרם החוזר חייב להיות קצר ככל האפשר. אורך עקבות נתיב החזרה צריך להיות זהה לאורך עקבות השליחה.

עבור EMI, אחד נקרא "חיווט מופר" והשני הוא "חיווט נפגע". הצימוד של השראות וקיבול ישפיע על עקבות ה"קורבן" עקב נוכחותם של שדות אלקטרומגנטיים, ובכך ייצור זרמים קדימה ואחורה על "עקבת הקורבן". במקרה זה, ייצרו אדוות בסביבה יציבה בה אורך השידור ואורך הקליטה של ​​האות כמעט שווים.

בסביבת חיווט מאוזנת ויציבה, הזרמים המושרים צריכים לבטל זה את זה כדי לחסל דיבור. עם זאת, אנחנו נמצאים בעולם לא מושלם, ודברים כאלה לא יקרו. לכן, המטרה שלנו היא לצמצם את ההצלבה של כל העקבות למינימום. אם הרוחב בין קווים מקבילים הוא פי שניים מהרוחב של הקווים, ניתן למזער את השפעת ההצלבה. לדוגמה, אם רוחב העקבות הוא 5 מיילים, המרחק המינימלי בין שני עקבות ריצה מקבילים צריך להיות 10 מייל או יותר.

כאשר חומרים חדשים ורכיבים חדשים ממשיכים להופיע, מתכנני PCB חייבים להמשיך להתמודד עם בעיות תאימות אלקטרומגנטית והפרעות.

2. קבל ניתוק

ניתוק קבלים יכול להפחית את ההשפעות השליליות של הצלבה. הם צריכים להיות ממוקמים בין פין אספקת הכוח לפין ההארקה של המכשיר כדי להבטיח עכבת AC נמוכה ולהפחית רעש ודיבור. כדי להשיג עכבה נמוכה בטווח תדרים רחב, יש להשתמש במספר קבלי ניתוק.

עיקרון חשוב להצבת קבלי ניתוק הוא שהקבל עם ערך הקיבול הקטן ביותר צריך להיות קרוב ככל האפשר למכשיר כדי להפחית את השפעת השראות על העקיבה. הקבל הספציפי הזה קרוב ככל האפשר לפין המתח או לעקבות הכוח של המכשיר, ומחבר את הרפידה של הקבל ישירות למישור המעבר או ההארקה. אם העקיבה ארוכה, השתמש במספר חיבורים כדי למזער את עכבת האדמה.

3. הארקו את ה-PCB

דרך חשובה להפחתת EMI היא לתכנן את מישור ההארקה של PCB. הצעד הראשון הוא להפוך את שטח ההארקה לגדול ככל האפשר בתוך השטח הכולל של לוח המעגלים, מה שיכול להפחית פליטה, דיבור ורעש. יש לנקוט זהירות מיוחדת בעת חיבור כל רכיב לנקודת ההארקה או למישור ההארקה. אם זה לא נעשה, האפקט המנטרל של מטוס הארקה אמין לא ינוצל במלואו.

לתכנון PCB מורכב במיוחד יש מספר מתחים יציבים. באופן אידיאלי, לכל מתח ייחוס יש מישור הארקה מתאים משלו. עם זאת, אם שכבת הקרקע גדולה מדי, זה יעלה את עלות הייצור של ה-PCB ויגרום למחיר גבוה מדי. הפשרה היא להשתמש במטוסי הארקה בשלושה עד חמישה מצבים שונים, וכל מישור הארקה יכול להכיל מספר חלקי הארקה. זה לא רק שולט בעלות הייצור של המעגל, אלא גם מפחית את EMI ו-EMC.

אם אתה רוצה למזער EMC, מערכת הארקה עם עכבה נמוכה היא חשובה מאוד. ב-PCB רב-שכבתי, עדיף שיהיה לו מישור הארקה אמין, במקום מישור גנב נחושת או הארקה מפוזרת, מכיוון שיש לו עכבה נמוכה, יכול לספק נתיב זרם, הוא מקור האות ההפוכה הטוב ביותר.

גם משך הזמן שבו האות חוזר לקרקע חשוב מאוד. הזמן בין האות למקור האות חייב להיות שווה, אחרת הוא ייצור תופעה דמוית אנטנה, מה שהופך את האנרגיה המוקרנת לחלק מ-EMI. באופן דומה, העקבות המשדרות זרם אל/ממקור האות צריכים להיות קצרים ככל האפשר. אם אורך נתיב המקור ונתיב החזרה אינם שווים, תתרחש הקפצת קרקע, שתיצור גם EMI.

4. הימנע מזווית של 90°

על מנת להפחית את ה-EMI, הימנע מחיווט, דרך ורכיבים אחרים היוצרים זווית של 90 מעלות, מכיוון שזוויות ישרות ייצרו קרינה. בפינה זו, הקיבול יגדל, וגם העכבה האופיינית תשתנה, מה שיוביל להשתקפויות ולאחר מכן EMI. כדי למנוע זוויות של 90 מעלות, יש לנתב את העקבות לפינות לפחות בשתי זוויות של 45 מעלות.

5. השתמש בוויאס בזהירות

כמעט בכל פריסות ה-PCB, יש להשתמש ב-vias כדי לספק חיבורים מוליכים בין שכבות שונות. מהנדסי פריסת PCB צריכים להיות זהירים במיוחד מכיוון ש-vias ייצרו השראות וקיבול. במקרים מסוימים, הם גם ייצרו השתקפויות, מכיוון שהעכבה האופיינית תשתנה כאשר מתבצעת דרך בעקיבה.

זכור גם ש-vias יגדילו את אורך המעקב ויש צורך להתאים אותם. אם מדובר בעקיבה דיפרנציאלית, יש להימנע ככל האפשר. אם לא ניתן להימנע מכך, השתמש ב-vias בשני המסלולים כדי לפצות על עיכובים באות ובנתיב חזרה.

6. כבל ומיגון פיזי

כבלים הנושאים מעגלים דיגיטליים וזרמים אנלוגיים ייצרו קיבול ושראות טפיליים, מה שיגרום לבעיות רבות הקשורות ל-EMC. אם נעשה שימוש בכבל זוג מעוות, רמת הצימוד תישמר נמוכה והשדה המגנטי שנוצר יבוטל. עבור אותות בתדר גבוה, יש להשתמש בכבל מסוכך, וחלקו הקדמי והאחורי של הכבל חייבים להיות מוארקים כדי למנוע הפרעות EMI.

מיגון פיזי הוא לעטוף את המערכת כולה או חלקה באריזת מתכת כדי למנוע כניסת EMI למעגל ה-PCB. סוג זה של מיגון הוא כמו מיכל מוליך מוארק סגור, אשר מקטין את גודל לולאת האנטנה וסופג EMI.