Pri návrhu dosiek plošných spojov boli elektromagnetická kompatibilita (EMC) a súvisiace elektromagnetické rušenie (EMI) vždy dva hlavné problémy, ktoré spôsobovali inžinierom bolesti hlavy, najmä v dnešnom dizajne dosiek plošných spojov a balení komponentov sa zmenšuje a OEM vyžadujú systémy s vyššou rýchlosťou Situácia.

1. Kľúčovými bodmi sú presluchy a zapojenie

Zapojenie je obzvlášť dôležité na zabezpečenie normálneho toku prúdu. Ak prúd pochádza z oscilátora alebo iného podobného zariadenia, je obzvlášť dôležité udržiavať prúd oddelený od základnej roviny alebo nenechať prúd bežať paralelne s inou stopou. Dva paralelné vysokorýchlostné signály budú generovať EMC a EMI, najmä presluchy. Dráha odporu musí byť najkratšia a dráha spätného prúdu čo najkratšia. Dĺžka stopy spätnej cesty by mala byť rovnaká ako dĺžka stopy odoslania.

V prípade EMI sa jeden nazýva „porušené vedenie“ a druhý je „viktimizované vedenie“. Spojenie indukčnosti a kapacity ovplyvní stopu „obete“ v dôsledku prítomnosti elektromagnetických polí, čím sa na „stope obete“ generujú dopredné a spätné prúdy. V tomto prípade bude vlnenie generované v stabilnom prostredí, kde je dĺžka prenosu a dĺžka príjmu signálu takmer rovnaká.

V dobre vyváženom a stabilnom prostredí elektroinštalácie by sa indukované prúdy mali navzájom rušiť, aby sa eliminovali presluchy. Sme však v nedokonalom svete a také veci sa nestanú. Naším cieľom je preto obmedziť presluchy všetkých stôp na minimum. Ak je šírka medzi rovnobežnými čiarami dvojnásobkom šírky čiar, efekt presluchu sa môže minimalizovať. Napríklad, ak je šírka stopy 5 mil, minimálna vzdialenosť medzi dvoma paralelne prebiehajúcimi stopami by mala byť 10 mil alebo viac.

Keďže sa stále objavujú nové materiály a nové komponenty, dizajnéri PCB sa musia naďalej zaoberať problémami elektromagnetickej kompatibility a rušenia.

2. Oddeľovací kondenzátor

Oddelenie kondenzátorov môže znížiť nepriaznivé účinky presluchov. Mali by byť umiestnené medzi napájacím kolíkom a uzemňovacím kolíkom zariadenia, aby sa zabezpečila nízka impedancia striedavého prúdu a znížila sa hlučnosť a presluchy. Na dosiahnutie nízkej impedancie v širokom frekvenčnom rozsahu by sa mali použiť viaceré oddeľovacie kondenzátory.

Dôležitou zásadou pre umiestnenie oddeľovacích kondenzátorov je, že kondenzátor s najmenšou hodnotou kapacity by mal byť čo najbližšie k zariadeniu, aby sa znížil vplyv indukčnosti na stopu. Tento konkrétny kondenzátor je čo najbližšie k napájaciemu kolíku alebo výkonovej stope zariadenia a pripojte podložku kondenzátora priamo k prepojovacej alebo uzemňovacej rovine. Ak je trasa dlhá, použite viacero priechodov, aby ste minimalizovali impedanciu zeme.

3. Uzemnite DPS

Dôležitým spôsobom, ako znížiť EMI, je navrhnúť základnú rovinu PCB. Prvým krokom je čo najväčšia plocha uzemnenia v rámci celkovej plochy dosky plošných spojov, čo môže znížiť emisie, presluchy a hluk. Pri pripájaní každého komponentu k uzemňovaciemu bodu alebo základnej rovine je potrebné venovať mimoriadnu pozornosť. Ak sa tak nestane, neutralizačný účinok spoľahlivej uzemňovacej roviny nebude plne využitý.

Obzvlášť zložitý dizajn PCB má niekoľko stabilných napätí. V ideálnom prípade má každé referenčné napätie svoju vlastnú zodpovedajúcu základnú rovinu. Ak je však základná vrstva príliš veľa, zvýšia sa tým výrobné náklady DPS a cena bude príliš vysoká. Kompromisom je použitie uzemňovacích plôch v troch až piatich rôznych polohách a každá uzemňovacia rovina môže obsahovať viacero uzemňovacích častí. To nielen riadi výrobné náklady dosky plošných spojov, ale tiež znižuje EMI a EMC.

Ak chcete minimalizovať EMC, je veľmi dôležitý systém uzemnenia s nízkou impedanciou. Vo viacvrstvovej doske plošných spojov je najlepšie mať spoľahlivú základnú dosku, a nie medenú alebo rozptýlenú základnú dosku, pretože má nízku impedanciu, môže poskytnúť prúdovú cestu a je najlepším zdrojom spätného signálu.

Veľmi dôležitý je aj čas, počas ktorého sa signál vracia na zem. Čas medzi signálom a zdrojom signálu musí byť rovnaký, inak to spôsobí jav podobný anténe, čím sa vyžarovaná energia stane súčasťou EMI. Podobne aj stopy, ktoré prenášajú prúd do/zo zdroja signálu, by mali byť čo najkratšie. Ak dĺžka zdrojovej a spätnej cesty nie sú rovnaké, dôjde k odrazu od zeme, čo tiež spôsobí EMI.

4. Vyhnite sa uhlu 90°

Aby ste znížili EMI, zabráňte tomu, aby káble, priechody a iné komponenty tvorili uhol 90°, pretože pravé uhly budú generovať žiarenie. V tomto rohu sa zvýši kapacita a zmení sa aj charakteristická impedancia, čo vedie k odrazom a následne k EMI. Aby ste sa vyhli uhlom 90°, stopy by mali byť smerované do rohov aspoň v dvoch uhloch 45°.

5. Prechody používajte opatrne

Takmer vo všetkých usporiadaniach dosiek plošných spojov sa na zabezpečenie vodivých spojení medzi rôznymi vrstvami musia použiť priechodky. Inžinieri plošného spoja musia byť obzvlášť opatrní, pretože priechody generujú indukčnosť a kapacitu. V niektorých prípadoch budú tiež produkovať odrazy, pretože charakteristická impedancia sa zmení, keď sa v stope vytvorí priechod.

Pamätajte tiež, že priechody predĺžia dĺžku stopy a je potrebné ich spárovať. Ak ide o rozdielovú stopu, mali by ste sa čo najviac vyhnúť priechodom. Ak sa tomu nedá vyhnúť, použite priechody v oboch stopách na kompenzáciu oneskorení v signálovej a spätnej ceste.

6. Káblové a fyzické tienenie

Káble prenášajúce digitálne obvody a analógové prúdy budú generovať parazitnú kapacitu a indukčnosť, čo spôsobuje veľa problémov súvisiacich s EMC. Ak sa použije krútená dvojlinka, úroveň väzby sa udrží na nízkej úrovni a generované magnetické pole sa eliminuje. Pre vysokofrekvenčné signály sa musí použiť tienený kábel a predná a zadná časť kábla musí byť uzemnená, aby sa eliminovalo rušenie EMI.

Fyzické tienenie je obalenie celého systému alebo jeho časti kovovým obalom, aby sa zabránilo vniknutiu EMI do obvodu PCB. Tento druh tienenia je ako uzavretá uzemnená vodivá nádoba, ktorá znižuje veľkosť anténnej slučky a pohlcuje EMI.