Inom PCB-design har elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) och relaterad elektromagnetisk störning (EMI) alltid varit två stora problem som har orsakat ingenjörer huvudvärk, speciellt i dagens kretskortsdesign och komponentförpackningar krymper, och OEM-tillverkare kräver högre hastighetssystem Situation.

1. Överhörning och ledningar är nyckelpunkterna

Ledningarna är särskilt viktiga för att säkerställa normalt strömflöde. Om strömmen kommer från en oscillator eller annan liknande anordning är det särskilt viktigt att hålla strömmen åtskild från jordplanet, eller att inte låta strömmen gå parallellt med ett annat spår. Två parallella höghastighetssignaler kommer att generera EMC och EMI, särskilt överhörning. Motståndsvägen måste vara den kortaste, och returströmvägen måste vara så kort som möjligt. Längden på returvägsspåret bör vara samma som längden på sändningsspåret.

För EMI kallas den ena för "överträdda ledningar" och den andra är "utsatta ledningar". Kopplingen av induktans och kapacitans kommer att påverka "offerspåret" på grund av närvaron av elektromagnetiska fält, och därigenom generera framåt- och bakåtströmmar på "offerspåret". I detta fall kommer rippel att genereras i en stabil miljö där sändningslängden och mottagningslängden för signalen är nästan lika.

I en välbalanserad och stabil ledningsmiljö bör de inducerade strömmarna eliminera varandra för att eliminera överhörning. Men vi befinner oss i en ofullkomlig värld, och sådana saker kommer inte att hända. Därför är vårt mål att hålla överhörningen av alla spår till ett minimum. Om bredden mellan parallella linjer är två gånger bredden på linjerna kan effekten av överhörning minimeras. Till exempel, om spårbredden är 5 mils, bör minimiavståndet mellan två parallella löpande spår vara 10 mils eller mer.

När nya material och nya komponenter fortsätter att dyka upp måste PCB-designers fortsätta att ta itu med elektromagnetisk kompatibilitet och störningsproblem.

2. Frånkopplingskondensator

Frånkoppling av kondensatorer kan minska de negativa effekterna av överhörning. De bör placeras mellan strömförsörjningsstiftet och enhetens jordstift för att säkerställa låg AC-impedans och minska brus och överhörning. För att uppnå låg impedans över ett brett frekvensområde bör flera frånkopplingskondensatorer användas.

En viktig princip för att placera avkopplingskondensatorer är att kondensatorn med det minsta kapacitansvärdet ska vara så nära enheten som möjligt för att minska induktanseffekten på kurvan. Denna speciella kondensator är så nära som möjligt strömstiftet eller strömspåret på enheten, och anslut kondensatorns pad direkt till via- eller jordplanet. Om spåret är långt, använd flera vias för att minimera jordimpedansen.

3. Jorda kretskortet

Ett viktigt sätt att minska EMI är att designa PCB-jordplanet. Det första steget är att göra jordningsområdet så stort som möjligt inom PCB-kretskortets totala yta, vilket kan minska emission, överhörning och brus. Särskild försiktighet måste iakttas när varje komponent ansluts till jordpunkten eller jordplanet. Om detta inte görs kommer den neutraliserande effekten av ett pålitligt jordplan inte att utnyttjas fullt ut.

En särskilt komplex PCB-konstruktion har flera stabila spänningar. I idealfallet har varje referensspänning sitt eget motsvarande jordplan. Men om markskiktet är för mycket kommer det att öka tillverkningskostnaden för PCB och göra priset för högt. Kompromissen är att använda jordplan i tre till fem olika positioner, och varje jordplan kan innehålla flera jorddelar. Detta styr inte bara tillverkningskostnaden för kretskortet, utan minskar också EMI och EMC.

Om du vill minimera EMC är ett jordsystem med låg impedans mycket viktigt. I ett flerskiktskretskort är det bäst att ha ett tillförlitligt jordplan, snarare än ett koppartjuvligt eller spritt jordplan, eftersom det har låg impedans, kan ge en strömväg, är den bästa omvända signalkällan.

Hur lång tid signalen återgår till marken är också mycket viktig. Tiden mellan signalen och signalkällan måste vara lika, annars kommer det att producera ett antennliknande fenomen, vilket gör den utstrålade energin till en del av EMI. På samma sätt bör spåren som överför ström till/från signalkällan vara så korta som möjligt. Om längden på källvägen och returvägen inte är lika, kommer markstuds att inträffa, vilket också genererar EMI.

4. Undvik 90° vinkel

För att minska EMI, undvik att kablar, vias och andra komponenter bildar en 90° vinkel, eftersom räta vinklar genererar strålning. I detta hörn kommer kapacitansen att öka, och den karakteristiska impedansen kommer också att förändras, vilket leder till reflektioner och sedan EMI. För att undvika 90°-vinklar bör spåren dras till hörnen i minst två 45°-vinklar.

5. Använd vias med försiktighet

I nästan alla PCB-layouter måste vias användas för att tillhandahålla ledande anslutningar mellan olika lager. PCB-layoutingenjörer måste vara särskilt försiktiga eftersom vias genererar induktans och kapacitans. I vissa fall kommer de också att producera reflektioner, eftersom den karakteristiska impedansen kommer att ändras när en via görs i spåret.

Kom också ihåg att vias kommer att öka längden på spåret och måste matchas. Om det är ett differentiellt spår bör vias undvikas så mycket som möjligt. Om det inte kan undvikas, använd vias i båda spåren för att kompensera för förseningar i signalen och returvägen.

6. Kabel och fysisk skärmning

Kablar som bär digitala kretsar och analoga strömmar kommer att generera parasitisk kapacitans och induktans, vilket orsakar många EMC-relaterade problem. Om en partvinnad kabel används kommer kopplingsnivån att hållas låg och det genererade magnetfältet elimineras. För högfrekventa signaler måste en skärmad kabel användas, och fram- och baksidan av kabeln måste vara jordade för att eliminera EMI-störningar.

Fysisk avskärmning är att linda in hela eller delar av systemet med ett metallpaket för att förhindra EMI från att komma in i PCB-kretsen. Denna typ av skärmning är som en sluten jordad ledande behållare, som minskar antennslingans storlek och absorberar EMI.