I PCB-design har elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) og tilhørende elektromagnetisk interferens (EMI) tradisjonelt vært to store hodepine for ingeniører, spesielt i dagens kretskortdesign og komponentpakker fortsetter å krympe, OEM-er krever høyere hastighetssystemer.I denne artikkelen vil jeg dele hvordan du unngår elektromagnetiske problemer i PCB-design.
1. Krysstale og justering er i fokus
Justering er spesielt viktig for å sikre riktig flyt av strøm.Hvis strømmen kommer fra en oscillator eller annen lignende enhet, er det spesielt viktig å holde strømmen adskilt fra jordlaget, eller å hindre at strømmen går parallelt med en annen linjeføring.To høyhastighetssignaler parallelt kan generere EMC og EMI, spesielt krysstale.Det er viktig å holde motstandsbanene så korte som mulig og returstrømbanene så korte som mulig.Lengden på returveien skal være den samme som lengden på sendeveien.
For EMI kalles den ene veien "overtredelsesbanen" og den andre er "offerbanen".Induktiv og kapasitiv kobling påvirker "offerbanen" på grunn av tilstedeværelsen av elektromagnetiske felt, og genererer dermed forover- og bakoverstrømmer på "offerbanen".På denne måten genereres rippel i et stabilt miljø der sende- og mottakslengdene til signalet er nesten like.
I et godt balansert miljø med stabile justeringer bør de induserte strømmene kansellere hverandre, og dermed eliminere krysstale.Imidlertid er vi i en ufullkommen verden hvor noe slikt ikke skjer.Derfor er målet vårt at crosstalk må holdes på et minimum for alle justeringer.Effekten av krysstale kan minimeres hvis bredden mellom parallelle linjer er to ganger bredden til linjene.For eksempel, hvis linjebredden er 5 mils, bør minimumsavstanden mellom to parallelle linjer være 10 mils eller mer.
Ettersom nye materialer og komponenter fortsetter å dukke opp, må PCB-designere også fortsette å håndtere EMC- og interferensproblemer.
2. Frakoblingskondensatorer
Frakoblingskondensatorer reduserer de uønskede effektene av krysstale.De skal være plassert mellom strøm- og jordpinnene til enheten, noe som sikrer lav AC-impedans og reduserer støy og krysstale.For å oppnå lav impedans over et bredt frekvensområde, bør flere avkoblingskondensatorer brukes.
Et viktig prinsipp for plassering av avkoblingskondensatorer er at kondensatoren med lavest kapasitansverdi plasseres så nær enheten som mulig for å redusere induktive effekter på opprettingene.Denne spesielle kondensatoren bør plasseres så nært som mulig til enhetens strømforsyningspinner eller strømforsyningens løpebane, og putene på kondensatoren bør kobles direkte til vias eller bakkenivå.Hvis justeringen er lang, bruk flere vias for å minimere jordimpedansen.
3. Jording av PCB
En viktig måte å redusere EMI på er å designe PCB-jordingslaget.Første steg er å gjøre jordingsarealet så stort som mulig innenfor det totale arealet av PCB-kortet slik at utslipp, krysstale og støy kan reduseres.Spesiell forsiktighet må utvises når hver komponent kobles til et jordingspunkt eller jordingslag, uten hvilket den nøytraliserende effekten til et pålitelig jordingslag ikke kan utnyttes fullt ut.
En spesielt kompleks PCB-konstruksjon har flere stabile spenninger.Ideelt sett har hver referansespenning sitt eget tilsvarende jordingslag.Imidlertid vil for mange jordingslag øke produksjonskostnadene for PCB og gjøre det for dyrt.Et kompromiss er å bruke jordingslag på tre til fem forskjellige steder, som hver kan inneholde flere jordingsseksjoner.Dette kontrollerer ikke bare produksjonskostnadene til brettet, men reduserer også EMI og EMC.
Et jordingssystem med lav impedans er viktig hvis EMC skal minimeres.I et flerlags PCB er det å foretrekke å ha et pålitelig jordingslag fremfor en kobberbalanseblokk (kobbertyveri) eller et spredt jordingslag, da det har lav impedans, gir en strømbane og er den beste kilden til reverssignaler.
Hvor lang tid signalet tar å gå tilbake til bakken er også veldig viktig.Tiden det tar for signalet å reise til og fra kilden må være sammenlignbar, ellers vil det oppstå et antennelignende fenomen som gjør at den utstrålte energien blir en del av EMI.Tilsvarende bør justeringen av strømmen til/fra signalkilden være så kort som mulig, hvis kilde- og returveiene ikke er like lange vil jordsprett oppstå og dette vil også generere EMI.
4. Unngå 90° vinkler
For å redusere EMI bør innrettingen, viaene og andre komponenter unngås for å danne en 90° vinkel, fordi en rett vinkel vil generere stråling.For å unngå 90 ° vinkel, bør justeringen være minst to 45 ° vinkel ledninger til hjørnet.
5. Bruk av over-hull må være forsiktig
I nesten alle PCB-oppsett må vias brukes for å gi en ledende forbindelse mellom de forskjellige lagene.I noen tilfeller produserer de også refleksjoner, ettersom den karakteristiske impedansen endres når viaene opprettes i justeringen.
Det er også viktig å huske at vias øker lengden på justeringen og må matches.Ved differensialjusteringer bør vias unngås der det er mulig.Hvis dette ikke kan unngås, bør vias brukes i begge linjeføringene for å kompensere for forsinkelser i signal- og returveier.
6. Kabler og fysisk skjerming
Kabler som bærer digitale kretser og analoge strømmer kan generere parasittisk kapasitans og induktans, og forårsake mange EMC-relaterte problemer.Hvis det brukes tvunnet par kabler, opprettholdes et lavt koblingsnivå og de genererte magnetfeltene elimineres.For høyfrekvente signaler må skjermede kabler brukes, med både foran og bak jordet, for å eliminere EMI-interferens.
Fysisk skjerming er innkapsling av hele eller deler av systemet i en metallpakke for å forhindre at EMI kommer inn i PCB-kretsen.Denne skjermingen fungerer som en lukket, bakkeledende kondensator, reduserer størrelsen på antennesløyfen og absorberer EMI.
Innleggstid: 23. november 2022