Pri načrtovanju tiskanih vezij sta bili elektromagnetna združljivost (EMC) in z njo povezane elektromagnetne motnje (EMI) tradicionalno dva glavna glavobola za inženirje, zlasti pri današnjih zasnovah tiskanih vezij in paketih komponent se še naprej krči, proizvajalci originalne opreme zahtevajo hitrejše sisteme.V tem članku bom delil, kako se izogniti elektromagnetnim težavam pri oblikovanju PCB.
1. Poudarek je na preslušavanju in poravnavi
Poravnava je še posebej pomembna za zagotovitev pravilnega pretoka toka.Če tok prihaja iz oscilatorja ali druge podobne naprave, je še posebej pomembno, da je tok ločen od ozemljitvene plasti ali da tok ne teče vzporedno z drugo poravnavo.Dva vzporedna signala visoke hitrosti lahko ustvarita EMC in EMI, zlasti presluh.Pomembno je, da so poti upora čim krajše in poti povratnega toka čim krajše.Dolžina povratne poti mora biti enaka dolžini oddajne poti.
Za EMI se ena pot imenuje "pot kršitve", druga pa "pot žrtve".Induktivna in kapacitivna sklopitev vplivata na pot "žrtve" zaradi prisotnosti elektromagnetnih polj, s čimer na "poti žrtve" generirata prednji in povratni tok.Na ta način se ustvari valovanje v stabilnem okolju, kjer sta dolžini oddajanja in sprejema signala skoraj enaki.
V dobro uravnoteženem okolju s stabilnimi poravnavami bi se morali inducirani tokovi medsebojno izničiti in tako odpraviti preslušavanje.Vendar smo v nepopolnem svetu, kjer se kaj takega ne zgodi.Zato je naš cilj, da mora biti preslušavanje čim manjše pri vseh poravnavah.Učinek preslušavanja je mogoče zmanjšati, če je širina med vzporednimi črtami dvakrat večja od širine črt.Na primer, če je širina črte 5 milov, mora biti najmanjša razdalja med dvema vzporednima črtama 10 milov ali več.
Ker se novi materiali in komponente še naprej pojavljajo, se morajo oblikovalci tiskanih vezij še naprej ukvarjati tudi z vprašanji elektromagnetne združljivosti in motenj.
2. Ločilni kondenzatorji
Ločevalni kondenzatorji zmanjšajo neželene učinke preslušavanja.Nameščeni morajo biti med napajalnimi in ozemljitvenimi zatiči naprave, kar zagotavlja nizko impedanco izmeničnega toka in zmanjšuje šum in presluh.Da bi dosegli nizko impedanco v širokem frekvenčnem območju, je treba uporabiti več ločilnih kondenzatorjev.
Pomembno načelo za namestitev ločilnih kondenzatorjev je, da je kondenzator z najnižjo vrednostjo kapacitivnosti nameščen čim bližje napravi, da se zmanjšajo induktivni učinki na poravnave.Ta poseben kondenzator je treba namestiti čim bližje napajalnim zatičem naprave ali napajalnemu kanalu, blazinice kondenzatorja pa morajo biti priključene neposredno na priključke ali nivo tal.Če je poravnava dolga, uporabite več prehodov, da zmanjšate ozemljitveno impedanco.
3. Ozemljitev tiskanega vezja
Pomemben način za zmanjšanje EMI je oblikovanje ozemljitvene plasti PCB.Prvi korak je čim večja ozemljitvena površina znotraj celotne površine tiskanega vezja, da se zmanjšajo emisije, preslušavanje in hrup.Posebno pozornost je treba nameniti pri povezovanju vsake komponente z ozemljitveno točko ali ozemljitveno plastjo, brez katere nevtralizacijskega učinka zanesljive ozemljitvene plasti ni mogoče v celoti izkoristiti.
Posebno zapletena zasnova PCB ima več stabilnih napetosti.V idealnem primeru ima vsaka referenčna napetost svojo ustrezno ozemljitveno plast.Vendar pa bi preveč ozemljitvenih plasti povečalo proizvodne stroške tiskanega vezja in postalo predrago.Kompromis je uporaba ozemljitvenih plasti na treh do petih različnih lokacijah, od katerih lahko vsaka vsebuje več ozemljitvenih delov.To ne nadzoruje samo proizvodnih stroškov plošče, ampak tudi zmanjša EMI in EMC.
Ozemljitveni sistem z nizko impedanco je pomemben, če želimo zmanjšati EMC.V večplastnem tiskanem vezju je bolje imeti zanesljivo ozemljitveno plast namesto bakrenega izravnalnega bloka (kraja bakra) ali razpršene ozemljitvene plasti, saj ima nizko impedanco, zagotavlja tokovno pot in je najboljši vir povratnih signalov.
Zelo pomemben je tudi čas, ki ga signal potrebuje, da se vrne na tla.Čas, potreben za potovanje signala do vira in od njega, mora biti primerljiv, sicer bo prišlo do pojava, podobnega anteni, ki bo omogočil, da sevana energija postane del EMI.Podobno mora biti poravnava toka do/od vira signala čim krajša, če izvorna in povratna pot nista enake dolžine, bo prišlo do odboja od tal in to bo povzročilo tudi EMI.
4. Izogibajte se kotom 90°
Za zmanjšanje elektromagnetnih motenj se je treba izogibati poravnavi, prehodom in drugim komponentam, da tvorijo kot 90°, ker pravi kot ustvarja sevanje.Da bi se izognili kotu 90°, morata biti poravnana vsaj dve napeljavi pod kotom 45° proti kotu.
5. Uporaba nad luknjo mora biti previdna
V skoraj vseh postavitvah tiskanega vezja je treba uporabiti prehode za zagotovitev prevodne povezave med različnimi plastmi.V nekaterih primerih povzročijo tudi odboje, saj se značilna impedanca spremeni, ko se v poravnavi ustvarijo viasi.
Pomembno si je tudi zapomniti, da prehodi povečajo dolžino poravnave in jih je treba uskladiti.V primeru diferencialnih poravnav se je treba izogibati prehodom, kjer je to mogoče.Če se temu ni mogoče izogniti, je treba v obeh poravnavah uporabiti prehode za kompenzacijo zakasnitev signala in povratnih poti.
6. Kabli in fizični ščiti
Kabli, ki prenašajo digitalna vezja in analogne tokove, lahko ustvarjajo parazitsko kapacitivnost in induktivnost, kar povzroča številne težave, povezane z elektromagnetno združljivostjo.Če se uporabljajo kabli s prepletenimi paricami, se ohrani nizka stopnja sklopitve in ustvarjena magnetna polja se odpravijo.Za visokofrekvenčne signale je treba uporabiti oklopljene kable z ozemljeno sprednjo in zadnjo stranjo, da odpravite motnje EMI.
Fizična zaščita je ovoj celotnega sistema ali njegovega dela v kovinsko embalažo, ki preprečuje vstop EMI v vezje PCB.Ta zaščita deluje kot zaprt, ozemljitveni kondenzator, ki zmanjšuje velikost antenske zanke in absorbira EMI.
Čas objave: 23. nov. 2022