W konstrukcji PCB kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) i powiązane zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) zawsze były dwoma głównymi problemami, które spowodowały, że inżynierowie bólu głowy, szczególnie w dzisiejszym projekcie płyt obwodowych i opakowania komponentów, a producenci OEM wymagają sytuacji systemów o większej prędkości.

1. Kluczowe punkty są przełamiacją i okablowaniem

Okablowanie jest szczególnie ważne, aby zapewnić normalny przepływ prądu. Jeśli prąd pochodzi z oscylatora lub innego podobnego urządzenia, szczególnie ważne jest, aby prąd oddzielny od płaszczyzny uziemienia lub nie pozwolić prądowi działać równolegle do innego śladu. Dwa równoległe sygnały szybkie wygenerują EMC i EMI, zwłaszcza przesłuch. Ścieżka oporu musi być najkrótsza, a ścieżka prądu powrotu musi być tak krótka, jak to możliwe. Długość śledzenia ścieżki powrotnej powinna być taka sama jak długość śladu wysyłania.

W przypadku EMI jeden nazywa się „okablowaniem naruszenia”, a drugie to „ofiarne okablowanie”. Łączenie indukcyjności i pojemności wpłynie na ślad „ofiary” ze względu na obecność pól elektromagnetycznych, generując w ten sposób prądy do przodu i do tyłu na „śladzie ofiary”. W takim przypadku fale będą generowane w stabilnym środowisku, w którym długość transmisji i długość odbioru sygnału są prawie równe.

W dobrze wyważonym i stabilnym środowisku okablowania prądy indukowane powinny się wzajemnie anulować, aby wyeliminować przesłuch. Jesteśmy jednak w niedoskonałym świecie i takie rzeczy się nie wydarzy. Dlatego naszym celem jest ograniczenie przesłuchu wszystkich śladów do minimum. Jeśli szerokość między liniami równoległymi jest dwukrotnie większa niż szerokość linii, efekt przesłuchu można zminimalizować. Na przykład, jeśli szerokość śladu wynosi 5 mil, minimalna odległość między dwoma równoległymi śladami biegania powinna wynosić 10 mil lub więcej.

W miarę pojawiania się nowych materiałów i nowych komponentów projektanci PCB muszą nadal radzić sobie z problemami kompatybilności i zakłóceń elektromagnetycznych.

2. Kondensator oddzielenia

Kondensatory oddzielenia może zmniejszyć niekorzystne skutki przesłuchu. Powinny być zlokalizowane między szpilką zasilającą a szpilką uziemienia urządzenia, aby zapewnić niską impedancję prądu przemiennego i zmniejszyć hałas i przesłuch. Aby osiągnąć niską impedancję w szerokim zakresie częstotliwości, należy zastosować wiele kondensatorów oddzielenia.

Ważną zasadą umieszczania kondensatorów oddzielenia jest to, że kondensator o najmniejszej wartości pojemności powinien być tak blisko, jak to możliwe, aby zmniejszyć efekt indukcyjności na ślad. Ten konkretny kondensator jest tak blisko, jak to możliwe do szpilki zasilania lub śladu zasilania urządzenia i podłącza podkładkę kondensatora bezpośrednio do płaszczyzny VIA lub uziemienia. Jeśli ślad jest długi, użyj wielu przelotków, aby zminimalizować impedancję gruntu.

3. Uzyskaj PCB

Ważnym sposobem na zmniejszenie EMI jest zaprojektowanie płaszczyzny uziemienia PCB. Pierwszym krokiem jest uczynienie obszaru uziemienia tak dużym, jak to możliwe w całkowitej powierzchni płyty drukowanej PCB, która może zmniejszyć emisję, przesłuch i hałas. Podczas podłączania każdego komponentu z punktem uziemienia lub płaszczyzny uziemienia należy zachować szczególną ostrożność. Jeśli nie zostanie to zrobione, neutralizujący efekt niezawodnej płaszczyzny uziemienia nie zostanie w pełni wykorzystany.

Szczególnie złożony projekt PCB ma kilka stabilnych napięć. Idealnie, każde napięcie odniesienia ma swoją własną odpowiadającą płaszczyznę uziemienia. Jeśli jednak warstwa naziemna jest zbyt duża, zwiększy koszty produkcji PCB i sprawi, że cena jest zbyt wysoka. Kompromis polega na użyciu samolotów naziemnych w trzech do pięciu różnych pozycjach, a każda płaszczyzna uziemienia może zawierać wiele części uziemienia. To nie tylko kontroluje koszt produkcji płytki drukowanej, ale także zmniejsza EMI i EMC.

Jeśli chcesz zminimalizować EMC, bardzo ważny jest system uziemienia o niskiej impedancji. W wielowarstwowej płytce drukowanej najlepiej mieć niezawodną płaszczyznę uziemienia, a nie miedzianą płaszczyznę złodziei lub rozproszoną, ponieważ ma niską impedancję, może zapewnić bieżącą ścieżkę, jest najlepszym źródłem sygnału wstecznego.

Bardzo ważny jest również czas, w którym sygnał powraca na ziemię. Czas między sygnałem a źródłem sygnału musi być równy, w przeciwnym razie wytworzy zjawisko podobne do anteny, dzięki czemu promieniowana energia jest częścią EMI. Podobnie ślady przenoszące prąd do/ze źródła sygnału powinny być tak krótkie, jak to możliwe. Jeśli długość ścieżki źródłowej i ścieżki powrotu nie są równe, nastąpi odbicie gruntu, co również wygeneruje EMI.

4. Unikaj kąta 90 °

Aby zmniejszyć EMI, unikaj okablowania, przelotek i innych komponentów tworzących kąt 90 °, ponieważ kąt prosty wygenerują promieniowanie. W tym rogu pojemność wzrośnie, a charakterystyczna impedancja również się zmieni, prowadząc do refleksji, a następnie EMI. Aby uniknąć kątów 90 °, ślady należy kierować do narożników przynajmniej pod dwoma kątami 45 °.

5. Używaj ostrożnie VIAS

W prawie wszystkich układach PCB przelotki muszą być używane do zapewnienia połączeń przewodzących między różnymi warstwami. Inżynierowie układu PCB muszą być szczególnie ostrożni, ponieważ VIA wygenerują indukcyjność i pojemność. W niektórych przypadkach będą one również wywoływać odbicia, ponieważ charakterystyczna impedancja zmieni się po dokonaniu śladu.

Pamiętaj również, że przelotki zwiększy długość śladu i trzeba być dopasowanym. Jeśli jest to zróżnicowany ślad, należy unikać przelotek jak najwięcej. Jeśli nie można tego uniknąć, użyj VIA w obu śladach, aby zrekompensować opóźnienia w ścieżce sygnału i ścieżki powrotnej.

6. Kabel i ekranowanie fizyczne

Kable przewożące obwody cyfrowe i prądy analogowe będą generować pasożytniczy pojemność i indukcyjność, powodując wiele problemów związanych z EMC. Jeśli zostanie użyty kabel skręconego pary, poziom sprzęgania będzie niski, a wygenerowane pole magnetyczne zostanie wyeliminowane. W przypadku sygnałów o wysokiej częstotliwości należy zastosować kabel osłonięty, a przednie i tył kabla należy uziemić, aby wyeliminować zakłócenia EMI.

Fizyczne ekranowanie polega na owinięciu całości lub części systemu z metalowym pakietem, aby zapobiec wejściu EMI do obwodu PCB. Ten rodzaj ochrony jest jak zamknięty pojemnik przewodzący uziemiony, który zmniejsza rozmiar pętli antenowej i pochłania EMI.