Pri návrhu dosiek plošných spojov boli elektromagnetická kompatibilita (EMC) a súvisiace elektromagnetické rušenie (EMI) tradične dvoma hlavnými problémami pre inžinierov, najmä v dnešných návrhoch dosiek plošných spojov a balíky komponentov sa stále zmenšujú, výrobcovia OEM vyžadujú systémy s vyššou rýchlosťou.V tomto článku sa podelím o to, ako sa vyhnúť elektromagnetickým problémom pri návrhu PCB.
1. V centre pozornosti sú presluchy a zarovnanie
Zarovnanie je obzvlášť dôležité na zabezpečenie správneho toku prúdu.Ak prúd pochádza z oscilátora alebo iného podobného zariadenia, je obzvlášť dôležité, aby bol prúd oddelený od základnej vrstvy alebo aby prúd neprebiehal paralelne s iným usporiadaním.Dva paralelné vysokorýchlostné signály môžu generovať EMC a EMI, najmä presluchy.Je dôležité, aby boli dráhy odporu čo najkratšie a dráhy spätného prúdu čo najkratšie.Dĺžka spätnej cesty by mala byť rovnaká ako dĺžka prenosovej cesty.
Pre EMI sa jedna cesta nazýva „cesta porušenia“ a druhá je „cesta obetí“.Indukčná a kapacitná väzba ovplyvňuje dráhu „obete“ v dôsledku prítomnosti elektromagnetických polí, čím sa na „ceste obete“ generujú dopredné a spätné prúdy.Týmto spôsobom sa generuje zvlnenie v stabilnom prostredí, kde sú vysielacie a prijímacie dĺžky signálu takmer rovnaké.
V dobre vyváženom prostredí so stabilným zarovnaním by sa indukované prúdy mali navzájom rušiť, čím by sa eliminovali presluchy.Sme však v nedokonalom svete, kde sa také niečo nedeje.Naším cieľom preto je, že presluchy musia byť pri všetkých zarovnaniach obmedzené na minimum.Účinok presluchu možno minimalizovať, ak je šírka medzi rovnobežnými čiarami dvojnásobkom šírky čiar.Napríklad, ak je šírka čiary 5 mil, minimálna vzdialenosť medzi dvoma rovnobežnými čiarami by mala byť 10 mil alebo viac.
Keďže sa stále objavujú nové materiály a komponenty, dizajnéri dosiek plošných spojov sa musia naďalej zaoberať problémami EMC a rušenia.
2. Oddeľovacie kondenzátory
Oddeľovacie kondenzátory znižujú nežiaduce účinky presluchov.Mali by byť umiestnené medzi napájacími a uzemňovacími kolíkmi zariadenia, čo zaisťuje nízku impedanciu striedavého prúdu a znižuje šum 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 najnižšou hodnotou kapacity je umiestnený čo najbližšie k zariadeniu, aby sa znížili indukčné účinky na zarovnania.Tento konkrétny kondenzátor by mal byť umiestnený čo najbližšie k napájacím kolíkom zariadenia alebo obežnej dráhe napájacieho zdroja a podložky kondenzátora by mali byť pripojené priamo k priechodu alebo úrovni zeme.Ak je zarovnanie dlhé, použite viacero priechodov, aby ste minimalizovali impedanciu zeme.
3. Uzemnenie DPS
Dôležitým spôsobom zníženia EMI je návrh uzemňovacej vrstvy PCB.Prvým krokom je čo najväčšia plocha uzemnenia v rámci celkovej plochy dosky plošných spojov, aby sa znížili emisie, presluchy a hluk.Zvláštnu pozornosť je potrebné venovať pripájaniu každého komponentu k uzemňovaciemu bodu alebo uzemňovacej vrstve, bez ktorých nemožno plne využiť neutralizačný účinok spoľahlivej uzemňovacej vrstvy.
Obzvlášť zložitý dizajn PCB má niekoľko stabilných napätí.V ideálnom prípade má každé referenčné napätie svoju vlastnú zodpovedajúcu zemniacu vrstvu.Príliš veľa uzemňovacích vrstiev by však zvýšilo výrobné náklady PCB a predražilo by ich.Kompromisom je použitie uzemňovacích vrstiev na troch až piatich rôznych miestach, z ktorých každá môže obsahovať niekoľko uzemňovacích častí.To nielen riadi výrobné náklady dosky, ale tiež znižuje EMI a EMC.
Nízkoimpedančný uzemňovací systém je dôležitý, ak sa má minimalizovať EMC.Vo viacvrstvovej doske plošných spojov je vhodnejšie mať spoľahlivú uzemňovaciu vrstvu namiesto medeného vyrovnávacieho bloku (zlodejina medi) alebo rozptýlenej uzemňovacej vrstvy, pretože má nízku impedanciu, poskytuje prúdovú cestu a je najlepším zdrojom spätných signálov.
Veľmi dôležitý je aj čas, za ktorý sa signál vráti na zem.Čas potrebný na prechod signálu do a zo zdroja musí byť porovnateľný, inak dôjde k javu podobnému anténe, ktorý umožní, aby sa vyžiarená energia stala súčasťou EMI.Podobne zarovnanie prúdu do/zo zdroja signálu by malo byť čo najkratšie, ak zdrojová a spätná cesta nemajú rovnakú dĺžku, dôjde k odrazu od zeme, čo tiež spôsobí EMI.
4. Vyhnite sa uhlom 90°
Aby sa znížilo EMI, zarovnanie, priechody a ďalšie komponenty by sa mali vyhnúť tak, aby tvorili uhol 90°, pretože pravý uhol bude generovať žiarenie.Aby ste sa vyhli uhlu 90°, zarovnanie by malo byť aspoň dve káble pod uhlom 45° do rohu.
5. Použitie naddiery musí byť opatrné
Takmer vo všetkých usporiadaniach dosiek plošných spojov sa musia použiť priechody na zabezpečenie vodivého spojenia medzi rôznymi vrstvami.V niektorých prípadoch tiež vytvárajú odrazy, pretože charakteristická impedancia sa mení, keď sú vytvorené priechody v zarovnaní.
Je tiež dôležité pamätať na to, že priechody zväčšujú dĺžku zarovnania a je potrebné ich zladiť.V prípade diferenciálneho zarovnania by sa tam, kde je to možné, malo vyhnúť priechodom.Ak sa tomu nedá vyhnúť, v oboch zarovnaniach by sa mali použiť priechody na kompenzáciu oneskorení v signálovej a spätnej ceste.
6. Káble a fyzické tienenie
Káble prenášajúce digitálne obvody a analógové prúdy môžu generovať parazitnú kapacitu a indukčnosť, čo spôsobuje veľa problémov súvisiacich s EMC.Ak sa použijú krútené dvojlinky, udržiava sa nízka úroveň spojenia a eliminujú sa generované magnetické polia.Pre vysokofrekvenčné signály sa musia použiť tienené káble s uzemnenou prednou aj zadnou stranou, aby sa eliminovalo rušenie EMI.
Fyzické tienenie je zapuzdrenie celého systému alebo jeho časti v kovovom obale, aby sa zabránilo vniknutiu EMI do obvodov PCB.Toto tienenie funguje ako uzavretý zemne vodivý kondenzátor, ktorý znižuje veľkosť anténnej slučky a pohlcuje EMI.
Čas odoslania: 23. novembra 2022