Pri načrtovanju tiskanih vezij sta bili elektromagnetna združljivost (EMC) in z njo povezane elektromagnetne motnje (EMI) vedno dve veliki težavi, ki sta inženirjem povzročala glavobole, zlasti pri današnjem oblikovanju tiskanih vezij in se embalaža komponent krči, proizvajalci originalne opreme pa potrebujejo sisteme z večjo hitrostjo.
1. Preslušavanje in ožičenje sta ključni točki
Ožičenje je še posebej pomembno za zagotovitev normalnega toka. Če tok izvira iz oscilatorja ali druge podobne naprave, je še posebej pomembno, da je tok ločen od ozemljitvene ravnine ali da tok ne teče vzporedno z drugo sledjo. Dva vzporedna signala visoke hitrosti bosta ustvarila EMC in EMI, zlasti presluh. Pot upora mora biti najkrajša, pot povratnega toka pa čim krajša. Dolžina sledi povratne poti mora biti enaka dolžini sledi pošiljanja.
Za EMI se eno imenuje "kršeno ožičenje", drugo pa "žrtev ožičenja". Sklop induktivnosti in kapacitivnosti bo zaradi prisotnosti elektromagnetnih polj vplival na sled "žrtve", s čimer bo na "sledi žrtve" nastal prednji in povratni tok. V tem primeru bo valovanje nastalo v stabilnem okolju, kjer sta dolžina prenosa in dolžina sprejema signala skoraj enaki.
V dobro uravnoteženem in stabilnem okolju ožičenja se morajo inducirani tokovi medsebojno izničiti, da se odpravi presluh. Vendar smo v nepopolnem svetu in takšne stvari se ne bodo dogajale. Zato je naš cilj ohraniti preslušavanje vseh sledi na minimumu. Če je širina med vzporednima linijama dvakrat večja od širine črt, se lahko učinek preslušavanja zmanjša. Na primer, če je širina sledi 5 milov, mora biti najmanjša razdalja med dvema vzporednima sledoma 10 milov ali več.
Ker se novi materiali in nove komponente še naprej pojavljajo, se morajo oblikovalci tiskanih vezij še naprej ukvarjati z elektromagnetno združljivostjo in motnjami.
2. Ločilni kondenzator
Ločevalni kondenzatorji lahko zmanjšajo škodljive učinke preslušavanja. Nameščeni morajo biti med zatičem za napajanje in ozemljitvenim zatičem naprave, da zagotovijo nizko impedanco izmeničnega toka ter zmanjšajo hrup in presluh. Da bi dosegli nizko impedanco v širokem frekvenčnem območju, je treba uporabiti več ločilnih kondenzatorjev.
Pomembno načelo za namestitev ločilnih kondenzatorjev je, da mora biti kondenzator z najmanjšo kapacitivnostjo čim bližje napravi, da se zmanjša učinek induktivnosti na sled. Ta posebni kondenzator je čim bližje napajalnemu zatiču ali napajalni sledi naprave in priključite blazinico kondenzatorja neposredno na vhod ali ozemljitveno ploščo. Če je sled dolga, uporabite več prehodov, da zmanjšate ozemljitveno impedanco.
3. Ozemljite PCB
Pomemben način za zmanjšanje EMI je oblikovanje ozemljitvene plošče PCB. Prvi korak je čim večja ozemljitvena površina znotraj celotne površine tiskanega vezja, kar lahko zmanjša emisije, preslušavanje in hrup. Posebno pozornost je treba nameniti pri povezovanju vsake komponente z ozemljitveno točko ali ozemljitveno ploščo. Če tega ne storite, nevtralizacijski učinek zanesljive ozemljitvene plošče ne bo v celoti izkoriščen.
Posebno zapletena zasnova PCB ima več stabilnih napetosti. V idealnem primeru ima vsaka referenčna napetost svojo ustrezno ozemljitveno ravnino. Če pa je zemeljskega sloja preveč, bo to povečalo proizvodne stroške tiskanega vezja in povzročilo previsoko ceno. Kompromis je uporaba ozemljitvenih ravnin v treh do petih različnih položajih, vsaka ozemljitvena plošča pa lahko vsebuje več ozemljitvenih delov. To ne samo nadzoruje proizvodne stroške tiskanega vezja, ampak tudi zmanjša EMI in EMC.
Če želite zmanjšati EMC, je zelo pomemben ozemljitveni sistem z nizko impedanco. V večplastnem tiskanem vezju je najbolje imeti zanesljivo ozemljitveno ploščo namesto ozemljitvene plošče, ki krade baker ali razpršene ozemljitvene plošče, ker ima nizko impedanco, lahko zagotovi tokovno pot in je najboljši povratni vir signala.
Zelo pomembno je tudi, koliko časa se signal vrne na tla. Čas med signalom in virom signala mora biti enak, sicer bo povzročil pojav, podoben anteni, zaradi česar bo sevana energija postala del EMI. Podobno morajo biti sledi, ki prenašajo tok do/iz vira signala, čim krajše. Če dolžina izvorne in povratne poti nista enaki, bo prišlo do odboja od tal, kar bo prav tako povzročilo EMI.
4. Izogibajte se kotu 90°
Da bi zmanjšali EMI, se izogibajte ožičenju, prehodom in drugim komponentam, ki tvorijo kot 90°, ker bodo pravi koti ustvarjali sevanje. V tem vogalu se bo povečala kapacitivnost in spremenila se bo tudi karakteristična impedanca, kar bo povzročilo odboje in nato EMI. Da bi se izognili kotom 90°, je treba sledi napeljati do vogalov vsaj pod dvema kotoma 45°.
5. Viase uporabljajte previdno
V skoraj vseh postavitvah tiskanega vezja je treba uporabiti prehode za zagotavljanje prevodnih povezav med različnimi plastmi. Inženirji za postavitev tiskanih vezij morajo biti še posebej previdni, ker bodo prehodi ustvarili induktivnost in kapacitivnost. V nekaterih primerih bodo povzročili tudi odboje, ker se bo karakteristična impedanca spremenila, ko se v sled naredi prehod.
Ne pozabite tudi, da bodo prehodi povečali dolžino sledi in jih je treba uskladiti. Če gre za diferencialno sled, se je treba v največji možni meri izogibati prehodom. Če se temu ni mogoče izogniti, uporabite prehode v obeh sledovih, da kompenzirate zamude v signalu in povratni poti.
6. Kabel in fizični ščit
Kabli, ki prenašajo digitalna vezja in analogne tokove, bodo ustvarili parazitsko kapacitivnost in induktivnost, kar bo povzročilo številne težave, povezane z EMC. Če se uporablja kabel s sukanim parom, bo raven sklopitve nizka in ustvarjeno magnetno polje bo odpravljeno. Za visokofrekvenčne signale je treba uporabiti oklopljen kabel, sprednji in zadnji del kabla pa morata biti ozemljena, da odpravite motnje EMI.
Fizična zaščita je ovijanje celotnega sistema ali dela sistema s kovinsko embalažo, da se prepreči vstop EMI v vezje PCB. Ta vrsta zaščite je kot zaprta ozemljena prevodna posoda, ki zmanjša velikost antenske zanke in absorbira EMI.