I PCB-design har elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) og relatert elektromagnetisk interferens (EMI) alltid vært to store problemer som har forårsaket ingeniører til hodepine, spesielt i dagens kretskortdesign og komponentemballasje krymper, og OEM-er krever høyere hastighet systemer Situasjon.
1. Krysstale og kabling er nøkkelpunktene
Kablingen er spesielt viktig for å sikre normal strømflyt. Hvis strømmen kommer fra en oscillator eller annen lignende enhet, er det spesielt viktig å holde strømmen adskilt fra jordplanet, eller ikke la strømmen gå parallelt med et annet spor. To parallelle høyhastighetssignaler vil generere EMC og EMI, spesielt krysstale. Motstandsveien skal være kortest, og returstrømveien skal være så kort som mulig. Lengden på retursporet skal være den samme som lengden på sendesporet.
For EMI kalles den ene "krenket ledning" og den andre er "utsatt ledning". Koblingen av induktans og kapasitans vil påvirke "offer"-sporet på grunn av tilstedeværelsen av elektromagnetiske felt, og derved generere forover- og reversstrømmer på "offer-sporet". I dette tilfellet vil krusninger genereres i et stabilt miljø der overføringslengden og mottakslengden til signalet er nesten like.
I et godt balansert og stabilt ledningsmiljø bør de induserte strømmene kansellere hverandre for å eliminere krysstale. Imidlertid er vi i en ufullkommen verden, og slike ting vil ikke skje. Derfor er målet vårt å holde krysstalen av alle spor på et minimum. Hvis bredden mellom parallelle linjer er to ganger bredden på linjene, kan effekten av krysstale minimeres. For eksempel, hvis sporbredden er 5 mils, bør minimumsavstanden mellom to parallelle løpende spor være 10 mils eller mer.
Ettersom nye materialer og nye komponenter fortsetter å dukke opp, må PCB-designere fortsette å håndtere problemer med elektromagnetisk kompatibilitet og interferens.
2. Frakoblingskondensator
Frakobling av kondensatorer kan redusere de negative effektene av krysstale. De bør plasseres mellom strømforsyningspinnen og jordingspinnen på enheten for å sikre lav AC-impedans og redusere støy og krysstale. For å oppnå lav impedans over et bredt frekvensområde, bør flere avkoblingskondensatorer brukes.
Et viktig prinsipp for å plassere avkoblingskondensatorer er at kondensatoren med den minste kapasitansverdien skal være så nær enheten som mulig for å redusere induktanseffekten på trasen. Denne spesielle kondensatoren er så nær som mulig strømpinnen eller strømsporet til enheten, og koble kondensatorens pute direkte til via- eller jordplanet. Hvis sporet er langt, bruk flere viaer for å minimere jordimpedansen.
3. Jord kretskortet
En viktig måte å redusere EMI på er å designe PCB-jordplanet. Det første trinnet er å gjøre jordingsområdet så stort som mulig innenfor det totale arealet av PCB-kretskortet, noe som kan redusere utslipp, krysstale og støy. Spesiell forsiktighet må utvises når hver komponent kobles til jordingspunktet eller jordplanet. Hvis dette ikke gjøres, vil ikke den nøytraliserende effekten av et pålitelig jordplan bli utnyttet fullt ut.
En spesielt kompleks PCB-konstruksjon har flere stabile spenninger. Ideelt sett har hver referansespenning sitt eget tilsvarende jordplan. Men hvis grunnlaget er for mye, vil det øke produksjonskostnadene for PCB og gjøre prisen for høy. Kompromisset er å bruke jordplan i tre til fem forskjellige posisjoner, og hvert jordplan kan inneholde flere jorddeler. Dette kontrollerer ikke bare produksjonskostnadene til kretskortet, men reduserer også EMI og EMC.
Hvis du vil minimere EMC, er et jordingssystem med lav impedans veldig viktig. I et flerlags PCB er det best å ha et pålitelig jordplan, i stedet for et kobbertyver eller spredt jordplan, fordi det har lav impedans, kan gi en strømbane, er den beste reverse signalkilden.
Hvor lang tid signalet går tilbake til bakken er også veldig viktig. Tiden mellom signalet og signalkilden må være lik, ellers vil det produsere et antennelignende fenomen som gjør den utstrålte energien til en del av EMI. Tilsvarende bør sporene som overfører strøm til/fra signalkilden være så korte som mulig. Hvis lengden på kildebanen og returbanen ikke er like, vil bakkesprett oppstå, som også vil generere EMI.
4. Unngå 90° vinkel
For å redusere EMI, unngå at ledninger, viaer og andre komponenter danner en 90° vinkel, fordi rette vinkler vil generere stråling. I dette hjørnet vil kapasitansen øke, og den karakteristiske impedansen vil også endre seg, noe som fører til refleksjoner og deretter EMI. For å unngå 90° vinkler, bør sporene rutes til hjørnene i minst to 45° vinkler.
5. Bruk vias med forsiktighet
I nesten alle PCB-oppsett må vias brukes for å gi ledende forbindelser mellom forskjellige lag. PCB-layoutingeniører må være spesielt forsiktige fordi vias vil generere induktans og kapasitans. I noen tilfeller vil de også produsere refleksjoner, fordi den karakteristiske impedansen vil endre seg når det lages en via i sporet.
Husk også at vias vil øke lengden på sporet og må matches. Hvis det er et differensielt spor, bør vias unngås så mye som mulig. Hvis det ikke kan unngås, bruk vias i begge sporene for å kompensere for forsinkelser i signalet og returveien.
6. Kabel og fysisk skjerming
Kabler som bærer digitale kretser og analoge strømmer vil generere parasittisk kapasitans og induktans, noe som forårsaker mange EMC-relaterte problemer. Hvis en tvunnet-par kabel brukes, vil koblingsnivået holdes lavt og det genererte magnetfeltet vil bli eliminert. For høyfrekvente signaler må det brukes en skjermet kabel, og forsiden og baksiden av kabelen må jordes for å eliminere EMI-interferens.
Fysisk skjerming er å pakke inn hele eller deler av systemet med en metallpakke for å hindre at EMI kommer inn i PCB-kretsen. Denne typen skjerming er som en lukket jordet ledende beholder, som reduserer antennesløyfestørrelsen og absorberer EMI.