Při návrhu desek plošných spojů byly elektromagnetická kompatibilita (EMC) a související elektromagnetické rušení (EMI) tradičně dvěma hlavními bolestmi hlavy inženýrů, zejména v dnešních konstrukcích desek plošných spojů a balíčky komponentů se stále zmenšují, výrobci OEM vyžadují systémy s vyšší rychlostí.V tomto článku se podělím o to, jak se vyhnout elektromagnetickým problémům při návrhu PCB.
1. Středem zájmu jsou přeslechy a zarovnání
Vyrovnání je zvláště důležité pro zajištění správného toku proudu.Pokud proud pochází z oscilátoru nebo jiného podobného zařízení, je zvláště důležité udržet proud oddělený od zemní vrstvy nebo zabránit tomu, aby proud běžel paralelně s jiným uspořádáním.Dva vysokorychlostní signály paralelně mohou generovat EMC a EMI, zejména přeslechy.Je důležité udržovat co nejkratší odporové dráhy a co nejkratší dráhy zpětného proudu.Délka zpětné cesty by měla být stejná jako délka přenosové cesty.
Pro EMI se jedna cesta nazývá „cesta porušení“ a druhá je „cesta obětí“.Indukční a kapacitní vazba ovlivňuje dráhu „oběti“ v důsledku přítomnosti elektromagnetických polí, a tak generuje dopředné a zpětné proudy na „dráze oběti“.Tímto způsobem je generováno zvlnění ve stabilním prostředí, kde jsou vysílací a přijímací délky signálu téměř stejné.
V dobře vyváženém prostředí se stabilním vyrovnáním by se měly indukované proudy vzájemně rušit, čímž se eliminují přeslechy.Jsme však v nedokonalém světě, kde se něco takového neděje.Naším cílem proto je, že přeslechy musí být u všech zarovnání omezeny na minimum.Účinek přeslechů lze minimalizovat, pokud je šířka mezi rovnoběžnými čarami dvojnásobkem šířky čar.Pokud je například šířka čáry 5 mil, minimální vzdálenost mezi dvěma rovnoběžnými čarami by měla být 10 mil nebo větší.
Vzhledem k tomu, že se stále objevují nové materiály a součástky, musí návrháři desek plošných spojů také nadále řešit problémy EMC a interference.
2. Oddělovací kondenzátory
Oddělovací kondenzátory snižují nežádoucí účinky přeslechů.Měly by být umístěny mezi napájecími a zemními kolíky zařízení, což zajišťuje nízkou impedanci střídavého proudu a snižuje šum a přeslechy.Pro dosažení nízké impedance v širokém frekvenčním rozsahu by mělo být použito více oddělovacích kondenzátorů.
Důležitou zásadou pro umístění oddělovacích kondenzátorů je, že kondenzátor s nejnižší hodnotou kapacity je umístěn co nejblíže k zařízení, aby se snížily indukční účinky na vyrovnání.Tento konkrétní kondenzátor by měl být umístěn co nejblíže napájecím kolíkům zařízení nebo oběžné dráze napájecího zdroje a podložky kondenzátoru by měly být připojeny přímo k průchodu nebo úrovni země.Pokud je vyrovnání dlouhé, použijte více prokovů, abyste minimalizovali impedanci země.
3. Uzemnění DPS
Důležitým způsobem, jak snížit EMI, je navrhnout zemnící vrstvu PCB.Prvním krokem je co největší plocha uzemnění v rámci celkové plochy desky plošných spojů, aby bylo možné snížit emise, přeslechy a hluk.Zvláštní pozornost je třeba věnovat připojování každé součásti k uzemňovacímu bodu nebo zemnící vrstvě, bez nichž nelze plně využít neutralizační účinek spolehlivé zemnící vrstvy.
Obzvláště složitá konstrukce PCB má několik stabilních napětí.V ideálním případě má každé referenční napětí svou vlastní odpovídající zemnící vrstvu.Příliš mnoho zemnících vrstev by však zvýšilo výrobní náklady desky plošných spojů a příliš ji prodražilo.Kompromisem je použití zemnících vrstev na třech až pěti různých místech, z nichž každá může obsahovat několik zemnících sekcí.To nejen řídí výrobní náklady desky, ale také snižuje EMI a EMC.
Má-li být minimalizována EMC, je důležitý nízkoimpedanční zemnící systém.U vícevrstvé desky plošných spojů je vhodnější mít spolehlivou zemnící vrstvu spíše než měděný balanční blok (zlodějina mědi) nebo rozptýlenou zemnící vrstvu, protože má nízkou impedanci, poskytuje proudovou cestu a je nejlepším zdrojem zpětných signálů.
Velmi důležitá je také doba, za kterou se signál vrátí na zem.Doba, za kterou signál putuje ke zdroji a ze zdroje, musí být srovnatelná, jinak dojde k jevu podobnému anténě, který umožní, aby se vyzařovaná energie stala součástí EMI.Podobně by vyrovnání proudu do/ze zdroje signálu mělo být co nejkratší, pokud zdrojová a zpětná cesta nejsou stejně dlouhé, dojde k odskoku země, což také způsobí EMI.
4. Vyhněte se úhlům 90°
Aby se snížilo EMI, zarovnání, prokovy a další součásti by neměly tvořit úhel 90°, protože pravý úhel bude generovat záření.Abyste se vyhnuli úhlu 90°, vyrovnání by mělo být alespoň dvě vedení pod úhlem 45° do rohu.
5. Použití přes-díry musí být opatrní
Téměř ve všech uspořádáních desek plošných spojů musí být k zajištění vodivého spojení mezi různými vrstvami použity prokovy.V některých případech také vytvářejí odrazy, protože charakteristická impedance se mění, když jsou vytvořeny prokovy v zarovnání.
Je také důležité si uvědomit, že prokovy prodlužují délku zarovnání a je třeba je sladit.V případě diferenciálního vyrovnání by se mělo, kde je to možné, vyhnout prokovům.Pokud se tomu nelze vyhnout, měly by být použity prokovy v obou uspořádáních, aby se kompenzovalo zpoždění v signálové a zpětné cestě.
6. Kabely a fyzické stínění
Kabely přenášející digitální obvody a analogové proudy mohou generovat parazitní kapacitu a indukčnost, což způsobuje mnoho problémů souvisejících s EMC.Pokud jsou použity kroucené dvoulinky, je zachována nízká úroveň vazby a generovaná magnetická pole jsou eliminována.Pro vysokofrekvenční signály je nutné použít stíněné kabely s uzemněním zepředu i zezadu, aby se eliminovalo rušení EMI.
Fyzické stínění je zapouzdření celého systému nebo jeho části v kovovém pouzdře, aby se zabránilo vniknutí EMI do obvodů PCB.Toto stínění funguje jako uzavřený zemně vodivý kondenzátor, zmenšuje velikost anténní smyčky a pohlcuje EMI.
Čas odeslání: 23. listopadu 2022