I PCB-design har elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) og den tilhørende elektromagnetiske interferens (EMI) traditionelt været to store hovedpine for ingeniører, især i nutidens printkortdesign og komponentpakker fortsætter med at krympe, OEM'er kræver systemer med højere hastighed.I denne artikel vil jeg dele, hvordan man undgår elektromagnetiske problemer i PCB-design.
1. Krydstale og justering er i fokus
Justering er særlig vigtig for at sikre den korrekte strøm.Hvis strømmen kommer fra en oscillator eller en anden lignende enhed, er det særligt vigtigt at holde strømmen adskilt fra jordlaget, eller at undgå at strømmen løber parallelt med en anden linjeføring.To højhastighedssignaler parallelt kan generere EMC og EMI, især krydstale.Det er vigtigt at holde modstandsvejene så korte som muligt og returstrømsvejene så korte som muligt.Længden af returvejen skal være den samme som længden af sendevejen.
For EMI kaldes den ene vej "overtrædelsesstien", og den anden er "offerstien".Induktiv og kapacitiv kobling påvirker "offer"-vejen på grund af tilstedeværelsen af elektromagnetiske felter og genererer således fremadgående og tilbagegående strømme på "offerbanen".På denne måde genereres ripple i et stabilt miljø, hvor sende- og modtagelængderne af signalet er næsten lige store.
I et velafbalanceret miljø med stabile justeringer bør de inducerede strømme udligne hinanden og dermed eliminere krydstale.Men vi er i en uperfekt verden, hvor sådan noget ikke sker.Derfor er vores mål, at crosstalk skal holdes på et minimum for alle justeringer.Effekten af krydstale kan minimeres, hvis bredden mellem parallelle linjer er to gange bredden af linjerne.For eksempel, hvis linjebredden er 5 mils, skal minimumsafstanden mellem to parallelle linjer være 10 mils eller mere.
Efterhånden som nye materialer og komponenter fortsætter med at dukke op, skal PCB-designere også fortsætte med at håndtere EMC- og interferensproblemer.
2. Afkobling af kondensatorer
Afkoblingskondensatorer reducerer de uønskede virkninger af krydstale.De skal placeres mellem enhedens strøm- og jordben, hvilket sikrer en lav AC-impedans og reducerer støj og krydstale.For at opnå lav impedans over et bredt frekvensområde bør der anvendes flere afkoblingskondensatorer.
Et vigtigt princip for placering af afkoblingskondensatorer er, at kondensatoren med den laveste kapacitansværdi placeres så tæt på enheden som muligt for at reducere induktive effekter på linjeføringerne.Denne særlige kondensator skal placeres så tæt som muligt på enhedens strømforsyningsben eller strømforsyningens løbebane, og kondensatorens puder skal forbindes direkte til vias eller jordniveau.Hvis justeringen er lang, skal du bruge flere vias for at minimere jordimpedansen.
3. Jording af printkortet
En vigtig måde at reducere EMI på er at designe PCB-jordingslaget.Det første skridt er at gøre jordingsarealet så stort som muligt inden for det samlede areal af printpladen, så emissioner, krydstale og støj kan reduceres.Der skal udvises særlig forsigtighed ved tilslutning af hver komponent til et jordpunkt eller jordingslag, uden hvilket den neutraliserende effekt af et pålideligt jordingslag ikke kan udnyttes fuldt ud.
Et særligt komplekst printdesign har flere stabile spændinger.Ideelt set har hver referencespænding sit eget tilsvarende jordingslag.Imidlertid ville for mange jordingslag øge produktionsomkostningerne for PCB'et og gøre det for dyrt.Et kompromis er at bruge jordingslag på tre til fem forskellige steder, som hver kan indeholde flere jordingssektioner.Dette styrer ikke kun produktionsomkostningerne for kortet, men reducerer også EMI og EMC.
Et jordingssystem med lav impedans er vigtigt, hvis EMC skal minimeres.I et flerlags PCB er det at foretrække at have et pålideligt jordingslag frem for en kobberbalanceblok (kobbertyveri) eller et spredt jordingslag, da det har lav impedans, giver en strømvej og er den bedste kilde til omvendte signaler.
Hvor lang tid det tager for signalet at vende tilbage til jorden er også meget vigtigt.Den tid, det tager for signalet at rejse til og fra kilden, skal være sammenlignelig, ellers vil der opstå et antennelignende fænomen, som gør det muligt for den udstrålede energi at blive en del af EMI.Tilsvarende bør justeringen af strømmen til/fra signalkilden være så kort som muligt, hvis kilde- og returvejene ikke er lige lange, vil der forekomme jordstød, og dette vil også generere EMI.
4. Undgå 90° vinkler
For at reducere EMI bør justering, vias og andre komponenter undgås for at danne en 90° vinkel, fordi en ret vinkel vil generere stråling.For at undgå en vinkel på 90° skal justeringen være mindst to 45° vinkelledninger til hjørnet.
5. Brugen af over-hole skal være forsigtig
I næsten alle PCB-layouts skal der bruges vias til at give en ledende forbindelse mellem de forskellige lag.I nogle tilfælde producerer de også refleksioner, da den karakteristiske impedans ændres, når viasene skabes i justeringen.
Det er også vigtigt at huske, at vias øger længden af justeringen og skal matches.I tilfælde af differentielle justeringer bør vias undgås, hvor det er muligt.Hvis dette ikke kan undgås, bør der anvendes vias i begge linjeføringer for at kompensere for forsinkelser i signal- og returvejene.
6. Kabler og fysisk afskærmning
Kabler, der fører digitale kredsløb og analoge strømme, kan generere parasitisk kapacitans og induktans, hvilket forårsager mange EMC-relaterede problemer.Hvis der anvendes parsnoede kabler, opretholdes et lavt koblingsniveau, og de genererede magnetiske felter elimineres.Til højfrekvente signaler skal der bruges skærmede kabler med både for- og bagside jordet for at eliminere EMI-interferens.
Fysisk afskærmning er indkapslingen af hele eller en del af systemet i en metalpakke for at forhindre EMI i at trænge ind i PCB-kredsløbet.Denne afskærmning fungerer som en lukket, jordledende kondensator, der reducerer størrelsen af antennesløjfen og absorberer EMI.
Indlægstid: 23. november 2022