У проектуванні друкованих плат електромагнітна сумісність (EMC) і відповідні електромагнітні перешкоди (EMI) завжди були двома основними проблемами, які викликали головний біль у інженерів, особливо в умовах сучасного дизайну друкованих плат і упаковки компонентів, а OEM-виробникам потрібні високошвидкісні системи Ситуація.

1. Перехресні перешкоди та проводка є ключовими моментами

Електропроводка особливо важлива для забезпечення нормального проходження струму. Якщо струм надходить від генератора або іншого подібного пристрою, особливо важливо тримати струм окремо від заземленої поверхні або не дозволяти струму проходити паралельно іншій лінії. Два паралельних високошвидкісних сигналу генеруватимуть електромагнітну сумісність та електромагнітні завади, особливо перехресні перешкоди. Шлях опору повинен бути найкоротшим, а шлях зворотного струму – якомога коротшим. Довжина траси зворотного шляху має бути такою ж, як довжина траси надсилання.

Для електромагнітних перешкод один називається «порушеною проводкою», а інший — «потерпілою проводкою». Зв’язок індуктивності та ємності впливатиме на «слід жертви» через наявність електромагнітних полів, тим самим генеруючи прямий і зворотний струми на «слід жертви». У цьому випадку брижі будуть генеруватися в стабільному середовищі, де довжина передачі та довжина прийому сигналу майже однакові.

У добре збалансованому та стабільному середовищі електропроводки індуковані струми мають гасити один одного, щоб усунути перехресні перешкоди. Однак ми живемо в недосконалому світі, і такого не буде. Тому наша мета — звести перехресні перешкоди до мінімуму. Якщо ширина між паралельними лініями вдвічі перевищує ширину ліній, ефект перехресних перешкод можна мінімізувати. Наприклад, якщо ширина сліду становить 5 мілі, мінімальна відстань між двома паралельними слідами має бути 10 мілі або більше.

Оскільки нові матеріали та нові компоненти продовжують з’являтися, розробники друкованих плат повинні продовжувати працювати з проблемами електромагнітної сумісності та перешкод.

2. Розв'язувальний конденсатор

Розв'язувальні конденсатори можуть зменшити негативний вплив перехресних перешкод. Вони повинні бути розташовані між контактом джерела живлення та контактом заземлення пристрою, щоб забезпечити низький опір змінного струму та зменшити шум і перехресні перешкоди. Щоб досягти низького опору в широкому діапазоні частот, слід використовувати кілька розв’язувальних конденсаторів.

Важливим принципом розміщення конденсаторів розв’язки є те, що конденсатор із найменшим значенням ємності має бути якомога ближче до пристрою, щоб зменшити вплив індуктивності на слід. Цей конкретний конденсатор розташований якомога ближче до штифту живлення або проводу живлення пристрою, і підключайте колодку конденсатора безпосередньо до перехідного отвору або заземлення. Якщо траса довга, використовуйте кілька переходів, щоб мінімізувати опір землі.

3. Заземліть плату

Важливим способом зменшення електромагнітних перешкод є розробка площини заземлення друкованої плати. Перший крок — зробити площу заземлення якомога більшою в межах загальної площі друкованої плати, що може зменшити випромінювання, перехресні перешкоди та шум. Необхідно бути особливо обережним при підключенні кожного компонента до точки заземлення або площини заземлення. Якщо цього не зробити, нейтралізуючий ефект надійного заземлення не буде повністю використаний.

Особливо складна конструкція друкованої плати має кілька стабільних напруг. В ідеалі кожна опорна напруга має свою відповідну площину заземлення. Однак, якщо шар землі занадто великий, це збільшить вартість виробництва друкованої плати та зробить ціну занадто високою. Компроміс полягає у використанні площин заземлення в трьох-п’яти різних положеннях, і кожна площина заземлення може містити кілька частин заземлення. Це не тільки контролює витрати на виробництво друкованої плати, але й зменшує електромагнітні заміщення та електромагнітну сумісність.

Якщо ви хочете мінімізувати ЕМС, система заземлення з низьким опором є дуже важливою. У багатошаровій друкованій платі найкраще мати надійну площину заземлення, а не мідну або розсіяну площину заземлення, оскільки вона має низький імпеданс, може забезпечити шлях струму, є найкращим джерелом зворотного сигналу.

Тривалість часу, протягом якого сигнал повертається на землю, також дуже важлива. Час між сигналом і джерелом сигналу має бути рівним, інакше виникне явище, подібне до антени, що перетворить випромінювану енергію на частину електромагнітних перешкод. Подібним чином сліди, які передають струм до/від джерела сигналу, повинні бути якомога коротшими. Якщо довжина вихідного шляху та зворотного шляху не однакові, виникне відбій від землі, що також спричинить електромагнітні перешкоди.

4. Уникайте кута 90°

Щоб зменшити електромагнітні перешкоди, уникайте проводки, отворів та інших компонентів, які утворюють кут 90°, оскільки прямі кути генеруватимуть випромінювання. У цьому кутку ємність збільшиться, а характеристичний опір також зміниться, що призведе до відбиття, а потім до електромагнітних помічнь. Щоб уникнути кутів 90°, сліди слід прокласти до кутів принаймні під двома кутами 45°.

5. Використовуйте переходи з обережністю

Майже в усіх макетах друкованої плати необхідно використовувати переходи для забезпечення провідних з’єднань між різними шарами. Інженерам, які розробляють друковану плату, потрібно бути особливо обережними, оскільки переходи створюють індуктивність і ємність. У деяких випадках вони також створюватимуть відбиття, оскільки характеристичний опір буде змінюватися, коли в трасі буде зроблено отвір.

Також пам’ятайте, що переходи збільшать довжину траси, і їх потрібно узгоджувати. Якщо це диференціальна траса, слід якомога більше уникати переходів. Якщо цього уникнути неможливо, використовуйте переходи в обох трасах, щоб компенсувати затримки в сигналі та зворотному шляху.

6. Кабель і фізичне екранування

Кабелі, що передають цифрові схеми та аналогові струми, створюватимуть паразитну ємність та індуктивність, викликаючи багато проблем, пов’язаних з ЕМС. Якщо використовується кабель з витою парою, рівень зв’язку буде підтримуватися низьким, а генероване магнітне поле буде усунено. Для високочастотних сигналів слід використовувати екранований кабель, а передня і задня частини кабелю мають бути заземлені, щоб усунути електромагнітні перешкоди.

Фізичне екранування полягає в обгортанні всієї системи або її частини металевим пакетом, щоб запобігти потраплянню електромагнітних перешкод у схему друкованої плати. Цей тип екранування схожий на закритий заземлений провідний контейнер, який зменшує розмір петлі антени та поглинає електромагнітні перешкоди.