PCB 설계에서 전자기 호환성(EMC) 및 관련 전자기 간섭(EMI)은 항상 엔지니어의 골치 아픈 두 가지 주요 문제였습니다. 특히 오늘날의 회로 기판 설계 및 구성 요소 패키징이 축소되고 OEM이 더 빠른 시스템을 요구하는 상황입니다.

1. 크로스토크와 배선이 포인트

배선은 전류의 정상적인 흐름을 보장하는 데 특히 중요합니다. 전류가 발진기 또는 기타 유사한 장치에서 나오는 경우 전류를 접지면과 분리하여 유지하거나 전류가 다른 트레이스와 평행하게 흐르지 않도록 하는 것이 특히 중요합니다. 두 개의 병렬 고속 신호는 EMC와 EMI, 특히 누화를 생성합니다. 저항 경로는 가장 짧아야 하며, 복귀 전류 경로는 최대한 짧아야 합니다. 반환 경로 추적의 길이는 전송 추적의 길이와 동일해야 합니다.

EMI의 경우 하나는 "침해 배선"이고 다른 하나는 "피해 배선"입니다. 인덕턴스와 커패시턴스의 결합은 전자기장의 존재로 인해 "피해자" 트레이스에 영향을 미쳐 "피해자 트레이스"에 순방향 및 역방향 전류를 생성합니다. 이 경우 신호의 전송 길이와 수신 길이가 거의 동일한 안정된 환경에서는 리플이 발생하게 됩니다.

균형이 잘 잡혀 있고 안정적인 배선 환경에서는 유도 전류가 서로 상쇄되어 누화를 제거해야 합니다. 하지만 우리는 불완전한 세상에 살고 있으므로 그러한 일은 일어나지 않을 것입니다. 따라서 우리의 목표는 모든 트레이스의 누화를 최소한으로 유지하는 것입니다. 평행선 사이의 폭이 선 폭의 두 배이면 누화의 영향을 최소화할 수 있습니다. 예를 들어, 트레이스 폭이 5mils인 경우 평행하게 실행되는 두 트레이스 사이의 최소 거리는 10mils 이상이어야 합니다.

새로운 재료와 새로운 부품이 계속 등장함에 따라 PCB 설계자는 전자기 호환성 및 간섭 문제를 계속해서 처리해야 합니다.

2. 디커플링 커패시터

디커플링 커패시터는 누화의 부작용을 줄일 수 있습니다. 낮은 AC 임피던스를 보장하고 잡음과 누화를 줄이려면 전원 공급 장치 핀과 장치의 접지 핀 사이에 위치해야 합니다. 넓은 주파수 범위에서 낮은 임피던스를 달성하려면 여러 개의 디커플링 커패시터를 사용해야 합니다.

디커플링 커패시터를 배치하는 중요한 원칙은 트레이스에 대한 인덕턴스 효과를 줄이기 위해 커패시턴스 값이 가장 작은 커패시터를 장치에 최대한 가깝게 배치해야 한다는 것입니다. 이 특정 커패시터는 장치의 전원 핀이나 전원 트레이스에 최대한 가깝고 커패시터 패드를 비아 또는 접지면에 직접 연결합니다. 트레이스가 길면 여러 개의 비아를 사용하여 접지 임피던스를 최소화하십시오.

3. PCB 접지

EMI를 줄이는 중요한 방법은 PCB 접지면을 설계하는 것입니다. 첫 번째 단계는 PCB 회로 기판의 전체 면적 내에서 접지 면적을 최대한 크게 만드는 것입니다. 이를 통해 방출, 누화 및 소음을 ​​줄일 수 있습니다. 각 구성 요소를 접지점이나 접지면에 연결할 때는 특별한 주의를 기울여야 합니다. 그렇지 않으면 신뢰할 수 있는 접지면의 중화 효과가 완전히 활용되지 않습니다.

특히 복잡한 PCB 설계에는 여러 가지 안정적인 전압이 있습니다. 이상적으로는 각 기준 전압에 해당하는 접지면이 있습니다. 그러나 접지층이 너무 많으면 PCB 제조 비용이 증가하고 가격이 너무 높아집니다. 절충안은 3~5개의 서로 다른 위치에서 접지면을 사용하는 것이며 각 접지면에는 여러 접지 부품이 포함될 수 있습니다. 이는 회로 기판의 제조 비용을 제어할 뿐만 아니라 EMI 및 EMC도 감소시킵니다.

EMC를 최소화하려면 낮은 임피던스 접지 시스템이 매우 중요합니다. 다층 PCB에서는 구리를 훔치거나 분산된 접지면보다 안정적인 접지면을 갖는 것이 가장 좋습니다. 임피던스가 낮고 전류 경로를 제공할 수 있으며 최고의 역방향 신호 소스이기 때문입니다.

신호가 접지로 되돌아오는 시간도 매우 중요합니다. 신호와 신호 소스 사이의 시간은 동일해야 합니다. 그렇지 않으면 안테나와 같은 현상이 발생하여 방사 에너지가 EMI의 일부가 됩니다. 마찬가지로 신호 소스와 전류를 전송하는 트레이스는 최대한 짧아야 합니다. 소스 경로와 리턴 경로의 길이가 동일하지 않으면 접지 바운스가 발생하고 이로 인해 EMI도 발생합니다.

4. 90° 각도는 피하세요

EMI를 줄이려면 배선, 비아 및 기타 구성 요소가 90° 각도를 이루는 것을 피하십시오. 직각을 이루면 방사선이 생성되기 때문입니다. 이 코너에서는 커패시턴스가 증가하고 특성 임피던스도 변경되어 반사와 EMI가 발생합니다. 90° 각도를 방지하려면 트레이스가 최소한 두 개의 45° 각도에서 모서리로 라우팅되어야 합니다.

5. 비아를 주의해서 사용하세요

거의 모든 PCB 레이아웃에서 서로 다른 레이어 사이에 전도성 연결을 제공하려면 비아를 사용해야 합니다. PCB 레이아웃 엔지니어는 비아가 인덕턴스와 커패시턴스를 생성하므로 특히 주의해야 합니다. 어떤 경우에는 트레이스에 비아가 만들어질 때 특성 임피던스가 변경되기 때문에 반사도 발생합니다.

또한 비아는 트레이스 길이를 늘리므로 일치해야 한다는 점을 기억하십시오. 차동 트레이스인 경우 비아는 최대한 피해야 합니다. 이를 피할 수 없는 경우 두 트레이스 모두에서 비아를 사용하여 신호 및 반환 경로의 지연을 보상하십시오.

6. 케이블 및 물리적 차폐

디지털 회로와 아날로그 전류를 전달하는 케이블은 기생 커패시턴스와 인덕턴스를 생성하여 많은 EMC 관련 문제를 일으킵니다. 연선 케이블을 사용하면 결합 수준이 낮게 유지되고 생성된 자기장이 제거됩니다. 고주파 신호의 경우 차폐 케이블을 사용해야 하며 케이블의 앞면과 뒷면을 접지하여 EMI 간섭을 제거해야 합니다.

물리적 차폐는 EMI가 PCB 회로에 유입되는 것을 방지하기 위해 시스템 전체 또는 일부를 금속 패키지로 감싸는 것입니다. 이러한 종류의 차폐는 안테나 루프 크기를 줄이고 EMI를 흡수하는 폐쇄형 접지 전도성 컨테이너와 같습니다.