בתכנון PCB, תאימות אלקטרומגנטית (EMC) והפרעות אלקטרומגנטיות קשורות (EMI) תמיד היו שתי בעיות עיקריות שגרמו למהנדסים לכאב ראש, במיוחד בתכנון לוח המעגלים של ימינו ואריזות הרכיבים מתכווצות, ויצרני ציוד מקורי דורשים מצב מערכות במהירות גבוהה יותר.

1. Crosstalk וחיווט הם נקודות המפתח

החיווט חשוב במיוחד כדי להבטיח את זרימת הזרם הרגילה. אם הזרם מגיע ממתנד או מכשיר דומה אחר, חשוב במיוחד לשמור על הזרם נפרד מהמטוס הקרקע, או לא לתת לזרם לרוץ במקביל לעקבות אחרים. שני אותות מקבילים במהירות גבוהה יניבו EMC ו- EMI, במיוחד Crosstalk. נתיב ההתנגדות חייב להיות הקצר ביותר, ונתיב הנוכחי החוזר חייב להיות קצר ככל האפשר. אורך עקבות נתיב החזרה צריך להיות זהה לאורך עקבות השליחה.

מבחינת EMI, האחד נקרא "חיווט המופר" והשני "חיווט קורבן". צימוד השראות וקיבול ישפיע על עקבות "הקורבן" עקב נוכחותם של שדות אלקטרומגנטיים, ובכך ייצר זרמים קדימה ואחורים ב"עקבות הקורבן ". במקרה זה, אדוות ייווצרו בסביבה יציבה בה אורך השידור ואורך הקבלה של האות כמעט שווים.

בסביבת חיווט מאוזנת ויציבה, הזרמים המושרים צריכים לבטל זה את זה כדי לחסל את Crosstalk. עם זאת, אנו נמצאים בעולם לא מושלם, ודברים כאלה לא יקרה. לכן המטרה שלנו היא לשמור על המפגש של כל העקבות למינימום. אם הרוחב בין קווים מקבילים הוא כפול מרוחב הקווים, ניתן למזער את השפעת המפגש. לדוגמה, אם רוחב העקבות הוא 5 מיליון, המרחק המינימלי בין שני עקבות ריצה מקבילות צריך להיות 10 מילס ומעלה.

כאשר ממשיכים להופיע חומרים חדשים ורכיבים חדשים, על מעצבי PCB להמשיך להתמודד עם בעיות תאימות והפרעה אלקטרומגנטיות.

2. קבל ניתוק

קבלים ניתוק יכולים להפחית את ההשפעות השליליות של המפגש. הם צריכים להיות ממוקמים בין סיכת אספקת החשמל לבין סיכת הקרקע של המכשיר כדי להבטיח עכבה נמוכה של AC ולהפחית את הרעש והפסקות. כדי להשיג עכבה נמוכה על טווח תדרים רחב, יש להשתמש בקבלים מנתקים מרובים.

עיקרון חשוב להצבת קבלים ניתוק הוא שהקבל עם ערך הקיבול הקטן ביותר צריך להיות קרוב ככל האפשר למכשיר כדי להפחית את השפעת השראות על העקבות. הקבל הספציפי הזה קרוב ככל האפשר לסיכת הכוח או עקבות הכוח של המכשיר, וחבר את כרית הקבל ישירות למישור ויה או קרקע. אם העקבות ארוכים, השתמש ב vias מרובים כדי למזער את עכבת הקרקע.

3. קרקע את ה- PCB

דרך חשובה להפחית את EMI היא לתכנן את מטוס הקרקע של PCB. השלב הראשון הוא להפוך את שטח ההארקה לגדול ככל האפשר בשטח הכולל של לוח המעגל של PCB, שיכול להפחית את הפליטה, המפגש והרעש. יש להקפיד על טיפול מיוחד בעת חיבור כל רכיב לנקודת הקרקע או למטוס הקרקע. אם זה לא נעשה, ההשפעה המנטרלת של מטוס קרקע אמין לא תשתמש במלואה.

בעיצוב PCB מורכב במיוחד יש מספר מתחים יציבים. באופן אידיאלי, לכל מתח התייחסות יש מטוס קרקע מקביל משלו. עם זאת, אם שכבת הקרקע היא יותר מדי, היא תגדיל את עלות הייצור של ה- PCB ותהפוך את המחיר גבוה מדי. הפשרה היא להשתמש במטוסי קרקע בשלושה עד חמישה עמדות שונות, וכל מטוס קרקע יכול להכיל חלקים קרקעיים מרובים. זה לא רק שולט בעלות הייצור של לוח המעגל, אלא גם מפחית את EMI ו- EMC.

אם אתה רוצה למזער את EMC, מערכת הארקה עכבה נמוכה חשובה מאוד. ב- PCB רב שכבתי, עדיף שיהיה מטוס קרקע אמין, ולא מטוס גנב נחושת או מטוס קרקע מפוזר, מכיוון שיש לו עכבה נמוכה, יכול לספק נתיב זרם, הוא מקור האות הפוך הטוב ביותר.

גם משך הזמן בו האות חוזר לקרקע חשוב מאוד. הזמן שבין האות למקור האות חייב להיות שווה, אחרת הוא יפיק תופעה דמוית אנטנה, מה שהופך את האנרגיה המוקרנת לחלק של EMI. באופן דומה, העקבות המעבירים זרם למקור האות/ממקור האות צריכים להיות קצרים ככל האפשר. אם אורך נתיב המקור ונתיב ההחזרה אינם שווים, תתרחש כניסה קרקעית, אשר תייצר גם EMI.

4. הימנע מזווית של 90 מעלות

על מנת להפחית את EMI, הימנע מחיווט, VIAS ורכיבים אחרים היוצרים זווית של 90 מעלות, מכיוון שזוויות ישרות יניבו קרינה. בפינה זו, הקיבול יגדל, וגם העכבה האופיינית תשתנה, מה שיוביל להרהורים ואז ל- EMI. כדי להימנע מזוויות של 90 מעלות, יש לנתב עקבות לפינות לפחות בשתי זוויות של 45 מעלות.

5. השתמש בויאס בזהירות

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

זכרו גם כי VIAs יגדילו את אורך העקבות וצריך להתאים אותם. אם מדובר בעקבות דיפרנציאליים, יש להימנע מ- VIA ככל האפשר. אם לא ניתן להימנע ממנו, השתמש ב- VIA בשני העקבות כדי לפצות על עיכובים בנתיב האות ובשביל החזרה.

6. כבלים ומגן פיזי

כבלים הנושאים מעגלים דיגיטליים וזרמים אנלוגיים יניבו קיבול ושראות טפיליות, ויגרמו לבעיות רבות הקשורות ל- EMC. אם משתמשים בכבל זוג מפותל, מפלס הצימוד יישמר נמוך והשדה המגנטי שנוצר יבוטל. עבור אותות בתדרים גבוהים, יש להשתמש בכבל מסוכך, ולקסיס הכבל הקדמי והאחורי של הכבל כדי לחסל את הפרעות EMI.

מיגון פיזי הוא לעטוף את המערכת כולה או חלק עם חבילת מתכת כדי למנוע כניסה של EMI למעגל ה- PCB. מיגון מסוג זה הוא כמו מיכל מוליך מקורקע סגור, שמפחית את גודל לולאת האנטנה וסופג EMI.