При проектировании печатных плат электромагнитная совместимость (ЭМС) и связанные с ней электромагнитные помехи (EMI) всегда были двумя основными проблемами, которые доставляли инженерам головную боль, особенно в связи с тем, что сегодня дизайн печатных плат и упаковка компонентов сокращаются, а OEM-производителям требуются более высокоскоростные системы. Ситуация.

1. Перекрестные помехи и проводка являются ключевыми моментами.

Проводка особенно важна для обеспечения нормального прохождения тока. Если ток исходит от генератора или другого подобного устройства, особенно важно держать ток отдельно от заземляющего слоя или не позволять току течь параллельно другой дорожке. Два параллельных высокоскоростных сигнала будут генерировать электромагнитные и электромагнитные помехи, особенно перекрестные помехи. Путь сопротивления должен быть кратчайшим, а путь обратного тока должен быть как можно короче. Длина трассы обратного пути должна быть такой же, как длина трассировки отправки.

В случае EMI ​​одно из них называется «нарушенная проводка», а другое — «жертвенная проводка». Связь индуктивности и емкости будет влиять на след «жертвы» из-за присутствия электромагнитных полей, тем самым создавая прямые и обратные токи на «следе жертвы». В этом случае пульсации будут генерироваться в стабильной среде, где длина передачи и длина приема сигнала практически равны.

В хорошо сбалансированной и стабильной среде проводки наведенные токи должны нейтрализовать друг друга, чтобы устранить перекрестные помехи. Однако мы живем в несовершенном мире, и такого не произойдет. Поэтому наша цель — свести перекрестные помехи всех трасс к минимуму. Если ширина между параллельными линиями в два раза превышает ширину линий, эффект перекрестных помех можно свести к минимуму. Например, если ширина дорожки составляет 5 милов, минимальное расстояние между двумя параллельными дорожками должно составлять 10 милов или более.

Поскольку новые материалы и новые компоненты продолжают появляться, разработчики печатных плат должны продолжать решать проблемы электромагнитной совместимости и помех.

2. Развязывающий конденсатор

Развязывающие конденсаторы могут уменьшить неблагоприятное воздействие перекрестных помех. Они должны быть расположены между контактом источника питания и контактом заземления устройства, чтобы обеспечить низкое сопротивление переменного тока и уменьшить шум и перекрестные помехи. Для достижения низкого импеданса в широком диапазоне частот следует использовать несколько развязывающих конденсаторов.

Важным принципом размещения развязывающих конденсаторов является то, что конденсатор с наименьшим значением емкости должен располагаться как можно ближе к устройству, чтобы уменьшить влияние индуктивности на дорожку. Этот конкретный конденсатор должен быть расположен как можно ближе к выводу питания или дорожке питания устройства и подключать контактную площадку конденсатора непосредственно к переходному отверстию или плоскости заземления. Если трасса длинная, используйте несколько переходных отверстий, чтобы минимизировать сопротивление земли.

3. Заземлите печатную плату.

Важным способом снижения электромагнитных помех является проектирование заземляющего слоя печатной платы. Первый шаг — сделать площадь заземления как можно большей в пределах общей площади печатной платы, что позволит снизить излучение, перекрестные помехи и шум. Особую осторожность необходимо соблюдать при подключении каждого компонента к точке заземления или плоскости заземления. Если этого не сделать, нейтрализующий эффект надежного заземляющего слоя не будет полностью использован.

Особенно сложная конструкция печатной платы имеет несколько стабильных напряжений. В идеале каждому опорному напряжению соответствует своя земляная плоскость. Однако если слой заземления будет слишком большим, это увеличит стоимость производства печатной платы и сделает цену слишком высокой. Компромисс заключается в использовании пластин заземления в трех-пяти различных положениях, при этом каждая пластина заземления может содержать несколько частей заземления. Это не только контролирует стоимость производства печатной платы, но также снижает электромагнитные и электромагнитные помехи.

Если вы хотите минимизировать ЭМС, очень важна система заземления с низким сопротивлением. В многослойной печатной плате лучше всего иметь надежную заземляющую пластину, а не медную воровскую или рассеянную заземляющую пластину, поскольку она имеет низкий импеданс, может обеспечить путь тока и является лучшим источником обратного сигнала.

Продолжительность времени, в течение которого сигнал возвращается на землю, также очень важна. Время между сигналом и источником сигнала должно быть одинаковым, в противном случае возникнет явление, подобное антенне, и излучаемая энергия станет частью электромагнитных помех. Аналогично, дорожки, передающие ток к источнику сигнала и от него, должны быть как можно короче. Если длины исходного и обратного путей не равны, произойдет отскок земли, что также приведет к возникновению электромагнитных помех.

4. Избегайте угла 90°.

Чтобы уменьшить электромагнитные помехи, избегайте проводки, переходных отверстий и других компонентов, образующих угол 90°, поскольку прямые углы генерируют излучение. В этом углу емкость увеличится, а характеристическое сопротивление также изменится, что приведет к отражениям, а затем к электромагнитным помехам. Чтобы избежать углов 90°, трассы следует прокладывать к углам как минимум под двумя углами по 45°.

5. Используйте переходные отверстия с осторожностью

Почти во всех разводках печатных плат необходимо использовать переходные отверстия для обеспечения проводящих соединений между различными слоями. Инженерам по разводке печатных плат следует быть особенно осторожными, поскольку переходные отверстия создают индуктивность и емкость. В некоторых случаях они также будут вызывать отражения, поскольку характеристическое сопротивление будет меняться при создании переходного отверстия в трассе.

Также помните, что переходные отверстия увеличивают длину трассы и их необходимо согласовать. Если это дифференциальная трасса, следует избегать переходных отверстий, насколько это возможно. Если этого нельзя избежать, используйте переходные отверстия в обеих дорожках для компенсации задержек в сигнальном и обратном пути.

6. Кабель и физическое экранирование

Кабели, по которым проходят цифровые цепи и аналоговые токи, будут генерировать паразитную емкость и индуктивность, вызывая множество проблем, связанных с ЭМС. Если используется витая пара, уровень связи будет поддерживаться на низком уровне, а генерируемое магнитное поле будет устранено. Для высокочастотных сигналов необходимо использовать экранированный кабель, а переднюю и заднюю часть кабеля необходимо заземлить для устранения электромагнитных помех.

Физическое экранирование заключается в том, чтобы обернуть всю систему или ее часть металлическим корпусом, чтобы предотвратить попадание электромагнитных помех в цепь печатной платы. Этот вид экранирования похож на закрытый заземленный проводящий контейнер, который уменьшает размер антенного контура и поглощает электромагнитные помехи.