În proiectarea PCB-ului, compatibilitatea electromagnetică (EMC) și interferența electromagnetică asociată (EMI) au fost în mod tradițional două bătăi de cap majore pentru ingineri, în special în designul de plăci de circuite de astăzi și pachetele de componente continuă să se micșoreze, OEM-urile necesită sisteme cu viteză mai mare.În acest articol, voi împărtăși cum să evitați problemele electromagnetice în proiectarea PCB-ului.
1. Crosstalk și alinierea sunt punctul central
Alinierea este deosebit de importantă pentru a asigura fluxul corect de curent.Dacă curentul provine de la un oscilator sau alt dispozitiv similar, este deosebit de important să păstrați curentul separat de stratul de pământ sau să împiedicați curentul să circule în paralel cu o altă aliniere.Două semnale de mare viteză în paralel pot genera EMC și EMI, în special diafonie.Este important să mențineți căile rezistenței cât mai scurte posibil și căile curentului de retur cât mai scurte posibil.Lungimea căii de întoarcere trebuie să fie aceeași cu lungimea căii de transmisie.
Pentru EMI, o cale este numită „calea încălcării”, iar cealaltă este „calea victimei”.Cuplajul inductiv și capacitiv afectează traseul „victimei” datorită prezenței câmpurilor electromagnetice, generând astfel curenți înainte și invers pe „calea victimei”.În acest fel, ondulația este generată într-un mediu stabil în care lungimile de transmisie și recepție ale semnalului sunt aproape egale.
Într-un mediu bine echilibrat, cu alinieri stabile, curenții induși ar trebui să se anuleze reciproc, eliminând astfel diafonia.Cu toate acestea, suntem într-o lume imperfectă în care așa ceva nu se întâmplă.Prin urmare, scopul nostru este ca diafonia să fie menținută la minimum pentru toate aliniamentele.Efectul diafoniei poate fi minimizat dacă lățimea dintre liniile paralele este de două ori mai mare decât lățimea liniilor.De exemplu, dacă lățimea liniei este de 5 mils, distanța minimă dintre două linii paralele ar trebui să fie de 10 mils sau mai mare.
Pe măsură ce noi materiale și componente continuă să apară, proiectanții PCB trebuie să continue, de asemenea, să se ocupe de problemele de EMC și interferențe.
2. Condensatoare de decuplare
Condensatorii de decuplare reduc efectele nedorite ale diafoniei.Acestea ar trebui să fie amplasate între pinii de alimentare și de masă ai dispozitivului, ceea ce asigură o impedanță AC scăzută și reduce zgomotul și diafonia.Pentru a obține o impedanță scăzută pe o gamă largă de frecvențe, ar trebui să fie utilizați mai mulți condensatori de decuplare.
Un principiu important pentru plasarea condensatoarelor de decuplare este ca condensatorul cu cea mai mică valoare a capacității să fie plasat cât mai aproape de dispozitiv pentru a reduce efectele inductive asupra aliniamentelor.Acest condensator special ar trebui să fie plasat cât mai aproape posibil de pinii de alimentare a dispozitivului sau de calea de rulare a sursei de alimentare, iar plăcuțele condensatorului ar trebui să fie conectate direct la vias sau la nivelul solului.Dacă alinierea este lungă, utilizați mai multe canale pentru a minimiza impedanța la sol.
3. Împământarea PCB-ului
O modalitate importantă de a reduce EMI este proiectarea stratului de împământare PCB.Primul pas este să faceți suprafața de împământare cât mai mare posibil în aria totală a plăcii PCB, astfel încât emisiile, diafonia și zgomotul să poată fi reduse.O atenție deosebită trebuie acordată atunci când conectați fiecare componentă la un punct de împământare sau la un strat de împământare, fără de care efectul de neutralizare al unui strat de împământare fiabil nu poate fi utilizat pe deplin.
Un design PCB deosebit de complex are mai multe tensiuni stabile.În mod ideal, fiecare tensiune de referință are propriul strat de împământare corespunzător.Cu toate acestea, prea multe straturi de împământare ar crește costurile de producție ale PCB-ului și l-ar face prea scump.Un compromis este utilizarea straturilor de împământare în trei până la cinci locații diferite, fiecare dintre acestea putând conține mai multe secțiuni de împământare.Acest lucru nu numai că controlează costul de producție al plăcii, dar reduce și EMI și EMC.
Un sistem de împământare cu impedanță scăzută este important pentru a minimiza EMC.Într-un PCB multistrat este de preferat să existe un strat de împământare fiabil, mai degrabă decât un bloc de echilibru de cupru (hoț de cupru) sau un strat de împământare împrăștiat, deoarece are impedanță scăzută, oferă o cale de curent și este cea mai bună sursă de semnale inverse.
Timpul de timp necesar semnalului pentru a reveni la sol este, de asemenea, foarte important.Timpul necesar pentru a călători semnalul către și de la sursă trebuie să fie comparabil, altfel va avea loc un fenomen asemănător antenei, permițând energiei radiate să devină parte a EMI.În mod similar, alinierea curentului la/de la sursa de semnal ar trebui să fie cât mai scurtă posibil, dacă căile sursă și de retur nu sunt de lungime egală, va apărea sărirea la sol și acest lucru va genera și EMI.
4. Evitați unghiurile de 90°
Pentru a reduce EMI, alinierea, traversele și alte componente ar trebui evitate pentru a forma un unghi de 90°, deoarece un unghi drept va genera radiații.Pentru a evita unghiul de 90 °, alinierea ar trebui să fie de cel puțin două cabluri de unghi de 45 ° la colț.
5. Utilizarea supragăurii trebuie să fie atentă
În aproape toate configurațiile PCB, vias-urile trebuie utilizate pentru a oferi o conexiune conductivă între diferitele straturi.În unele cazuri, ele produc, de asemenea, reflexii, deoarece impedanța caracteristică se modifică atunci când sunt create vias în aliniament.
De asemenea, este important să ne amintim că vias măresc lungimea alinierii și trebuie să fie potrivite.În cazul aliniamentelor diferențiale, vias-urile trebuie evitate acolo unde este posibil.Dacă acest lucru nu poate fi evitat, vias-ul trebuie utilizat în ambele aliniamente pentru a compensa întârzierile semnalului și ale căilor de întoarcere.
6. Cabluri și ecranare fizică
Cablurile care transportă circuite digitale și curenți analogici pot genera capacități și inductanțe parazite, cauzând multe probleme legate de EMC.Dacă se folosesc cabluri cu perechi răsucite, se menține un nivel scăzut de cuplare și se elimină câmpurile magnetice generate.Pentru semnalele de înaltă frecvență, trebuie utilizate cabluri ecranate, cu împământare atât din față, cât și din spate, pentru a elimina interferența EMI.
Ecranarea fizică este încapsularea întregului sistem sau a unei părți a sistemului într-un pachet metalic pentru a preveni intrarea EMI în circuitele PCB.Această ecranare acționează ca un condensator închis, conducător de pământ, reducând dimensiunea buclei antenei și absorbind EMI.
Ora postării: 23-nov-2022