W projektowaniu płytek PCB kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) i powiązane zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) zawsze były dwoma głównymi problemami, które powodowały ból głowy inżynierów, szczególnie w dzisiejszych projektach płytek drukowanych, a opakowania komponentów kurczą się, a producenci OEM wymagają systemów o większej prędkości. Sytuacja.

1. Przesłuchy i okablowanie to kluczowe punkty

Okablowanie jest szczególnie ważne, aby zapewnić normalny przepływ prądu. Jeśli prąd pochodzi z oscylatora lub innego podobnego urządzenia, szczególnie ważne jest, aby utrzymać go oddzielnie od płaszczyzny uziemienia lub nie pozwolić, aby prąd płynął równolegle do innej ścieżki. Dwa równoległe, szybkie sygnały będą generować zakłócenia elektromagnetyczne i elektromagnetyczne, zwłaszcza przesłuchy. Ścieżka rezystancji musi być najkrótsza, a ścieżka prądu powrotnego musi być możliwie najkrótsza. Długość śladu ścieżki zwrotnej powinna być taka sama jak długość śladu wysyłającego.

W przypadku zakłóceń elektromagnetycznych jedno nazywa się „okablowaniem naruszającym zasady”, a drugie „okablowaniem będącym ofiarą”. Sprzężenie indukcyjności i pojemności będzie miało wpływ na ślad „ofiary” ze względu na obecność pól elektromagnetycznych, generując w ten sposób prądy do przodu i wstecz na „śladie ofiary”. W takim przypadku tętnienia będą generowane w stabilnym środowisku, w którym długość transmisji i długość odbioru sygnału są prawie równe.

W dobrze zrównoważonym i stabilnym środowisku okablowania indukowane prądy powinny się wzajemnie znosić, aby wyeliminować przesłuchy. Żyjemy jednak w niedoskonałym świecie i takie rzeczy nie będą miały miejsca. Dlatego naszym celem jest ograniczenie przesłuchów wszystkich śladów do minimum. Jeżeli szerokość między równoległymi liniami jest dwukrotnie większa od szerokości linii, efekt przesłuchu można zminimalizować. Na przykład, jeśli szerokość ścieżki wynosi 5 milimetrów, minimalna odległość między dwiema równoległymi ścieżkami powinna wynosić 10 milimetrów lub więcej.

W miarę pojawiania się nowych materiałów i nowych komponentów projektanci PCB muszą w dalszym ciągu zajmować się problemami kompatybilności elektromagnetycznej i zakłóceń.

2. Kondensator odsprzęgający

Kondensatory odsprzęgające mogą zmniejszyć niekorzystne skutki przesłuchu. Powinny być umieszczone pomiędzy pinem zasilania a pinem uziemienia urządzenia, aby zapewnić niską impedancję prądu przemiennego oraz zmniejszyć szum i przesłuchy. Aby uzyskać niską impedancję w szerokim zakresie częstotliwości, należy zastosować wiele kondensatorów odsprzęgających.

Ważną zasadą umieszczania kondensatorów odsprzęgających jest to, że kondensator o najmniejszej wartości pojemności powinien znajdować się jak najbliżej urządzenia, aby zmniejszyć wpływ indukcyjności na ścieżkę. Ten konkretny kondensator znajduje się jak najbliżej styku zasilania lub ścieżki zasilania urządzenia i łączy podkładkę kondensatora bezpośrednio z przelotką lub płaszczyzną uziemienia. Jeśli ścieżka jest długa, użyj wielu przelotek, aby zminimalizować impedancję uziemienia.

3. Uziemić płytkę drukowaną

Ważnym sposobem na zmniejszenie zakłóceń elektromagnetycznych jest zaprojektowanie płaszczyzny uziemienia PCB. Pierwszym krokiem jest zapewnienie jak największej powierzchni uziemienia na całej powierzchni płytki drukowanej, co może zmniejszyć emisję, przesłuch i hałas. Należy zachować szczególną ostrożność podczas podłączania każdego komponentu do punktu uziemienia lub płaszczyzny uziemienia. Jeśli nie zostanie to zrobione, efekt neutralizacji niezawodnej płaszczyzny uziemienia nie zostanie w pełni wykorzystany.

Szczególnie złożona konstrukcja PCB ma kilka stabilnych napięć. W idealnym przypadku każde napięcie odniesienia ma własną odpowiadającą mu płaszczyznę uziemienia. Jeśli jednak warstwa podłoża będzie zbyt duża, zwiększy to koszt produkcji płytki PCB i sprawi, że cena będzie zbyt wysoka. Kompromis polega na użyciu płaszczyzn uziemienia w trzech do pięciu różnych pozycjach, a każda płaszczyzna uziemienia może zawierać wiele części uziemienia. Pozwala to nie tylko kontrolować koszty produkcji płytki drukowanej, ale także zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne i EMC.

Jeśli chcesz zminimalizować zakłócenia elektromagnetyczne, bardzo ważny jest system uziemienia o niskiej impedancji. Na wielowarstwowej płytce drukowanej najlepiej jest mieć niezawodną płaszczyznę uziemienia, a nie miedzianą lub rozproszoną płaszczyznę uziemienia, ponieważ ma niską impedancję, może zapewnić ścieżkę prądową, jest najlepszym źródłem sygnału zwrotnego.

Bardzo ważny jest także czas powrotu sygnału do ziemi. Czas między sygnałem a źródłem sygnału musi być równy, w przeciwnym razie powstanie zjawisko podobne do anteny, powodujące, że wypromieniowana energia stanie się częścią EMI. Podobnie ścieżki przesyłające prąd do/ze źródła sygnału powinny być możliwie najkrótsze. Jeżeli długość ścieżki źródłowej i ścieżki powrotnej nie jest równa, nastąpi odbicie od podłoża, które również spowoduje wygenerowanie zakłóceń elektromagnetycznych.

4. Unikaj kąta 90°

Aby zredukować zakłócenia elektromagnetyczne, należy unikać okablowania, przelotek i innych elementów tworzących kąt 90°, ponieważ kąty proste będą generować promieniowanie. W tym narożniku pojemność wzrośnie, a impedancja charakterystyczna również ulegnie zmianie, co prowadzi do odbić, a następnie zakłóceń elektromagnetycznych. Aby uniknąć kątów 90°, ścieżki należy poprowadzić do narożników co najmniej pod dwoma kątami 45°.

5. Używaj przelotek ostrożnie

W prawie wszystkich układach PCB należy zastosować przelotki, aby zapewnić przewodzące połączenia między różnymi warstwami. Inżynierowie zajmujący się układem PCB muszą zachować szczególną ostrożność, ponieważ przelotki generują indukcyjność i pojemność. W niektórych przypadkach będą one również powodować odbicia, ponieważ impedancja charakterystyczna zmieni się, gdy w ścieżce zostanie wykonana przelotka.

Pamiętaj również, że przelotki zwiększą długość ścieżki i muszą być dopasowane. Jeśli jest to ślad różnicowy, należy w miarę możliwości unikać przelotek. Jeśli nie da się tego uniknąć, użyj przelotek w obu ścieżkach, aby skompensować opóźnienia w ścieżce sygnału i powrotu.

6. Ekranowanie kabli i fizyczne

Kable przewodzące obwody cyfrowe i prądy analogowe będą generować pasożytniczą pojemność i indukcyjność, powodując wiele problemów związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną. Jeśli używana jest skrętka, poziom sprzężenia będzie utrzymywany na niskim poziomie, a generowane pole magnetyczne zostanie wyeliminowane. W przypadku sygnałów o wysokiej częstotliwości należy zastosować kabel ekranowany, a przód i tył kabla muszą być uziemione, aby wyeliminować zakłócenia EMI.

Ekranowanie fizyczne polega na owinięciu całości lub części systemu metalową obudową, aby zapobiec przedostawaniu się zakłóceń elektromagnetycznych do obwodu PCB. Ten rodzaj ekranowania przypomina zamknięty, uziemiony pojemnik przewodzący, który zmniejsza rozmiar pętli anteny i pochłania zakłócenia elektromagnetyczne.