U dizajnu PCB-a, elektromagnetska kompatibilnost (EMC) i pridružene elektromagnetske smetnje (EMI) tradicionalno su bile dvije glavne glavobolje za inženjere, posebno u današnjem dizajnu sklopova, a paketi komponenti se i dalje smanjuju, OEM-ovi zahtijevaju sustave veće brzine.U ovom ću članku podijeliti kako izbjeći elektromagnetske probleme u dizajnu PCB-a.
1. Preslušavanje i usklađivanje je fokus
Usklađivanje je osobito važno kako bi se osigurao pravilan protok struje.Ako struja dolazi iz oscilatora ili drugog sličnog uređaja, posebno je važno držati struju odvojenom od sloja uzemljenja ili spriječiti da struja teče paralelno s drugim poravnanjem.Dva paralelna signala velike brzine mogu generirati EMC i EMI, posebice preslušavanje.Važno je da staze otpornika budu što kraće, a staze povratne struje što kraće.Duljina povratnog puta treba biti ista kao i duljina odašiljačkog puta.
Za EMI, jedan put se naziva "put kršenja", a drugi je "put žrtve".Induktivna i kapacitivna sprega utječe na "žrtvin" put zbog prisutnosti elektromagnetskih polja, stvarajući tako struju naprijed i nazad na "žrtvinom putu".Na ovaj način, valovitost se stvara u stabilnom okruženju gdje su duljine prijenosa i primanja signala gotovo jednake.
U dobro uravnoteženom okruženju sa stabilnim poravnanjima, inducirane struje trebale bi se međusobno poništiti, čime bi se eliminirale preslušavanja.Međutim, nalazimo se u nesavršenom svijetu u kojem se takvo što ne događa.Stoga je naš cilj da se preslušavanje svede na minimum za sva usklađivanja.Učinak preslušavanja može se minimizirati ako je širina između paralelnih linija dvostruko veća od širine linija.Na primjer, ako je širina crte 5 mils, minimalna udaljenost između dvije paralelne linije trebala bi biti 10 mils ili veća.
Kako se novi materijali i komponente nastavljaju pojavljivati, dizajneri PCB-a također se moraju nastaviti baviti problemima elektromagnetske kompatibilnosti i smetnji.
2. Kondenzatori za odvajanje
Kondenzatori za razdvajanje smanjuju neželjene učinke preslušavanja.Oni bi trebali biti smješteni između pinova napajanja i uzemljenja uređaja, što osigurava nisku AC impedanciju i smanjuje šum i preslušavanje.Kako bi se postigla niska impedancija u širokom frekvencijskom rasponu, potrebno je koristiti više kondenzatora za odvajanje.
Važan princip za postavljanje kondenzatora za odvajanje je da se kondenzator s najnižom vrijednošću kapacitivnosti postavi što bliže uređaju kako bi se smanjili induktivni učinci na poravnanja.Ovaj određeni kondenzator treba postaviti što je moguće bliže pinovima za napajanje uređaja ili kanalu za napajanje, a jastučići kondenzatora trebaju biti spojeni izravno na vias ili razinu uzemljenja.Ako je poravnanje dugo, upotrijebite više otvora za smanjenje impedancije uzemljenja.
3. Uzemljenje PCB-a
Važan način za smanjenje EMI je dizajn sloja uzemljenja PCB-a.Prvi korak je učiniti područje uzemljenja što je moguće većim unutar ukupne površine PCB ploče kako bi se emisije, preslušavanje i šum mogli smanjiti.Posebna pažnja mora se posvetiti prilikom spajanja svake komponente na točku uzemljenja ili sloj uzemljenja, bez kojih se učinak neutraliziranja pouzdanog sloja uzemljenja ne može u potpunosti iskoristiti.
Posebno složen PCB dizajn ima nekoliko stabilnih napona.Idealno, svaki referentni napon ima svoj odgovarajući sloj uzemljenja.Međutim, previše slojeva uzemljenja bi povećalo troškove proizvodnje PCB-a i učinilo ga preskupim.Kompromis je korištenje slojeva uzemljenja na tri do pet različitih mjesta, od kojih svako može sadržavati nekoliko dijelova uzemljenja.Ovo ne samo da kontrolira troškove proizvodnje ploče, već također smanjuje EMI i EMC.
Sustav uzemljenja niske impedancije važan je ako se EMC želi svesti na minimum.U višeslojnoj tiskanoj ploči poželjno je imati pouzdani sloj uzemljenja umjesto bakrenog balansnog bloka (krađa bakra) ili raštrkanog sloja uzemljenja jer ima nisku impedanciju, pruža strujni put i najbolji je izvor obrnutih signala.
Vrlo je važno i vrijeme potrebno signalu da se vrati na zemlju.Vrijeme potrebno da signal putuje do i od izvora mora biti usporedivo, inače će doći do fenomena nalik anteni, čime će energija zračenja postati dio EMI-ja.Slično tome, usklađivanje struje prema/od izvora signala treba biti što je moguće kraće, ako izvor i povratni put nisu jednake duljine, doći će do odbijanja tla i to će također generirati EMI.
4. Izbjegavajte kutove od 90°
Kako bi se smanjio EMI, potrebno je izbjegavati poravnanje, otvore i druge komponente da formiraju kut od 90°, jer će pravi kut generirati zračenje.Kako bi se izbjegao kut od 90°, poravnanje treba biti najmanje dva ožičenja pod kutom od 45° prema kutu.
5. Korištenje nad-rupe treba biti oprezan
U gotovo svim izgledima PCB-a, vias se moraju koristiti za osiguravanje vodljive veze između različitih slojeva.U nekim slučajevima, oni također proizvode refleksije, jer se karakteristična impedancija mijenja kada se vias stvaraju u poravnanju.
Također je važno zapamtiti da vias povećavaju duljinu poravnanja i da ih je potrebno uskladiti.U slučaju diferencijalnih usmjeravanja, vias treba izbjegavati gdje je to moguće.Ako se to ne može izbjeći, vias treba koristiti u oba poravnanja kako bi se kompenzirala kašnjenja u signalu i povratnim stazama.
6. Kabeli i fizička zaštita
Kabeli koji nose digitalne sklopove i analogne struje mogu generirati parazitski kapacitet i induktivitet, uzrokujući mnoge probleme povezane s EMC-om.Ako se koriste kabeli s upredenim paricama, održava se niska razina spoja i eliminiraju se stvorena magnetska polja.Za visokofrekventne signale moraju se koristiti oklopljeni kabeli s uzemljenjem prednje i stražnje strane kako bi se uklonile EMI smetnje.
Fizička zaštita je omotavanje cijelog ili dijela sustava u metalno kućište kako bi se spriječio EMI da uđe u krug PCB-a.Ova zaštita djeluje poput zatvorenog kondenzatora koji vodi uzemljenje, smanjujući veličinu antenske petlje i apsorbirajući EMI.
Vrijeme objave: 23. studenog 2022