În proiectarea PCB-ului, compatibilitatea electromagnetică (EMC) și interferențele electromagnetice asociate (EMI) au fost întotdeauna două probleme majore care i-au cauzat inginerilor dureri de cap, în special în designul plăcilor de circuite de astăzi și ambalarea componentelor se micșorează, iar OEM-urile necesită sisteme de viteză mai mare Situație.

1. Diafonia și cablarea sunt punctele cheie

Cablajul este deosebit de important pentru a asigura fluxul normal de curent. Dacă curentul provine de la un oscilator sau alt dispozitiv similar, este deosebit de important să păstrați curentul separat de planul de masă sau să nu lăsați curentul să circule paralel cu o altă urmă. Două semnale paralele de mare viteză vor genera EMC și EMI, în special diafonie. Calea rezistenței trebuie să fie cea mai scurtă, iar calea curentului de retur trebuie să fie cât mai scurtă posibil. Lungimea traseului de retur ar trebui să fie aceeași cu lungimea traseului de trimitere.

Pentru EMI, unul se numește „cablare încălcată”, iar cealaltă este „cablare victimizată”. Cuplarea inductanței și capacității va afecta traseul „victimei” datorită prezenței câmpurilor electromagnetice, generând astfel curenți înainte și invers pe „urma victimei”. În acest caz, ondulațiile vor fi generate într-un mediu stabil în care lungimea de transmisie și lungimea de recepție a semnalului sunt aproape egale.

Într-un mediu de cablare bine echilibrat și stabil, curenții induși ar trebui să se anuleze reciproc pentru a elimina diafonia. Cu toate acestea, suntem într-o lume imperfectă și astfel de lucruri nu se vor întâmpla. Prin urmare, scopul nostru este să menținem diafonia tuturor urmelor la minimum. Dacă lățimea dintre liniile paralele este de două ori mai mare decât lățimea liniilor, efectul diafoniei poate fi minimizat. De exemplu, dacă lățimea urmei este de 5 mils, distanța minimă dintre două urme paralele ar trebui să fie de 10 mils sau mai mult.

Pe măsură ce noi materiale și noi componente continuă să apară, proiectanții PCB trebuie să continue să se ocupe de problemele de compatibilitate electromagnetică și interferențe.

2. Condensator de decuplare

Condensatorii de decuplare pot reduce efectele adverse ale diafoniei. Acestea ar trebui să fie amplasate între pinul sursei de alimentare și pinul de masă al dispozitivului pentru a asigura impedanță AC scăzută și pentru a reduce zgomotul și diafonia. Pentru a obține o impedanță scăzută pe o gamă largă de frecvențe, ar trebui să fie utilizați mai mulți condensatori de decuplare.

Un principiu important pentru plasarea condensatoarelor de decuplare este ca condensatorul cu cea mai mică valoare a capacității să fie cât mai aproape posibil de dispozitiv pentru a reduce efectul inductanței asupra urmei. Acest condensator special este cât mai aproape posibil de pinul de alimentare sau de traseul de putere al dispozitivului și conectează placa condensatorului direct la planul de trecere sau de masă. Dacă trasarea este lungă, utilizați mai multe canale pentru a minimiza impedanța la sol.

3. Împământați PCB-ul

O modalitate importantă de a reduce EMI este proiectarea planului de masă PCB. Primul pas este să faceți suprafața de împământare cât mai mare posibil în suprafața totală a plăcii de circuite PCB, ceea ce poate reduce emisiile, diafonia și zgomotul. O atenție deosebită trebuie acordată atunci când conectați fiecare componentă la punctul de masă sau planul de masă. Dacă nu se face acest lucru, efectul de neutralizare al unui plan de sol fiabil nu va fi utilizat pe deplin.

Un design PCB deosebit de complex are mai multe tensiuni stabile. În mod ideal, fiecare tensiune de referință are propriul său plan de masă corespunzător. Cu toate acestea, dacă stratul de sol este prea mare, va crește costul de producție al PCB și va face prețul prea mare. Compromisul este de a folosi planuri de sol în trei până la cinci poziții diferite, iar fiecare plan de sol poate conține mai multe părți de sol. Acest lucru nu numai că controlează costul de producție al plăcii de circuit, dar reduce și EMI și EMC.

Dacă doriți să minimizați EMC, un sistem de împământare cu impedanță scăzută este foarte important. Într-un PCB cu mai multe straturi, cel mai bine este să aveți un plan de masă fiabil, mai degrabă decât un plan de masă de hoț de cupru sau împrăștiat, deoarece are impedanță scăzută, poate oferi o cale de curent, este cea mai bună sursă de semnal invers.

Perioada de timp în care semnalul revine la sol este, de asemenea, foarte importantă. Timpul dintre semnal și sursa semnalului trebuie să fie egal, altfel va produce un fenomen asemănător antenei, făcând din energia radiată o parte a EMI. În mod similar, urmele care transmit curent la/de la sursa de semnal ar trebui să fie cât mai scurte posibil. Dacă lungimea căii sursă și a căii de întoarcere nu sunt egale, va avea loc săritura la sol, care va genera și EMI.

4. Evitați unghiul de 90°

Pentru a reduce EMI, evitați cablarea, conductele și alte componente care formează un unghi de 90°, deoarece unghiurile drepte vor genera radiații. În acest colț, capacitatea va crește, iar impedanța caracteristică se va modifica și ea, ducând la reflexii și apoi la EMI. Pentru a evita unghiurile de 90°, urmele ar trebui să fie direcționate către colțuri la cel puțin două unghiuri de 45°.

5. Utilizați vias cu precauție

În aproape toate configurațiile PCB, vias-urile trebuie utilizate pentru a asigura conexiuni conductoare între diferite straturi. Inginerii de layout PCB trebuie să fie deosebit de atenți, deoarece viale vor genera inductanță și capacitate. În unele cazuri, ele vor produce și reflexii, deoarece impedanța caracteristică se va modifica atunci când se face o via în urmă.

De asemenea, amintiți-vă că vias va crește lungimea urmei și trebuie să fie potrivite. Dacă este o urmă diferențială, vias-ul trebuie evitat pe cât posibil. Dacă nu poate fi evitat, utilizați vias în ambele urme pentru a compensa întârzierile semnalului și ale căii de întoarcere.

6. Cablu și ecranare fizică

Cablurile care transportă circuite digitale și curenți analogici vor genera capacități și inductanță parazite, cauzând multe probleme legate de EMC. Dacă se folosește un cablu cu pereche răsucită, nivelul de cuplare va fi menținut la un nivel scăzut și câmpul magnetic generat va fi eliminat. Pentru semnalele de înaltă frecvență, trebuie utilizat un cablu ecranat, iar partea din față și din spate a cablului trebuie să fie împământate pentru a elimina interferența EMI.

Ecranarea fizică este de a înveli întregul sau o parte a sistemului cu un pachet metalic pentru a preveni intrarea EMI în circuitul PCB. Acest tip de ecranare este ca un container conductor închis, împământat, care reduce dimensiunea buclei antenei și absoarbe EMI.