При проектирането на печатни платки, електромагнитната съвместимост (EMC) и свързаните с тях електромагнитни смущения (EMI) традиционно са били две големи главоболия за инженерите, особено в днешните дизайни на печатни платки и пакетите от компоненти продължават да се свиват, OEM производителите изискват по-високоскоростни системи.В тази статия ще споделя как да избегна електромагнитни проблеми при проектирането на печатни платки.
1. Фокусът е кръстосването и подравняването
Подравняването е особено важно, за да се осигури правилно протичане на тока.Ако токът идва от осцилатор или друго подобно устройство, е особено важно токът да бъде отделен от земния слой или токът да не тече паралелно с друго подравняване.Два високоскоростни сигнала в паралел могат да генерират EMC и EMI, особено кръстосани смущения.Важно е пътищата на резисторите да са възможно най-къси, а пътищата на обратния ток възможно най-къси.Дължината на пътя за връщане трябва да бъде същата като дължината на пътя на предаване.
За EMI единият път се нарича „път на нарушение“, а другият е „път на жертва“.Индуктивното и капацитивното свързване засяга пътя на „жертвата“ поради наличието на електромагнитни полета, като по този начин генерира прав и обратен ток по „пътя на жертвата“.По този начин се генерира пулсация в стабилна среда, където дължините на предаване и получаване на сигнала са почти равни.
В добре балансирана среда със стабилни подравнения, индуцираните токове трябва да се компенсират взаимно, като по този начин елиминират кръстосаните смущения.Ние обаче сме в един несъвършен свят, където такова нещо не се случва.Следователно, нашата цел е кръстосаните смущения да бъдат сведени до минимум за всички подравнявания.Ефектът от пресичането може да бъде сведен до минимум, ако ширината между успоредните линии е два пъти по-голяма от ширината на линиите.Например, ако ширината на линията е 5 mils, минималното разстояние между две успоредни линии трябва да бъде 10 mils или повече.
Тъй като нови материали и компоненти продължават да се появяват, дизайнерите на печатни платки трябва също да продължат да се справят с проблемите с електромагнитната съвместимост и смущенията.
2. Разединителни кондензатори
Разделителните кондензатори намаляват нежеланите ефекти от преслушване.Те трябва да бъдат разположени между захранващите и заземяващите щифтове на устройството, което осигурява нисък импеданс на променлив ток и намалява шума и смущенията.За да се постигне нисък импеданс в широк честотен диапазон, трябва да се използват множество отделящи кондензатори.
Важен принцип за поставяне на отделящи кондензатори е, че кондензаторът с най-ниска стойност на капацитета се поставя възможно най-близо до устройството, за да се намалят индуктивните ефекти върху подравняването.Този конкретен кондензатор трябва да бъде поставен възможно най-близо до щифтовете на захранването на устройството или каналите за захранване, а подложките на кондензатора трябва да бъдат свързани директно към отворите или нивото на земята.Ако подравняването е дълго, използвайте множество отвори, за да сведете до минимум земния импеданс.
3. Заземяване на платката
Важен начин за намаляване на EMI е проектирането на заземяващия слой на PCB.Първата стъпка е да направите заземителната зона възможно най-голяма в рамките на общата площ на печатната платка, така че емисиите, кръстосаните смущения и шумът да могат да бъдат намалени.Особено внимание трябва да се обърне при свързване на всеки компонент към точка на заземяване или заземителен слой, без които неутрализиращият ефект на надеждния заземяващ слой не може да бъде напълно използван.
Особено сложният дизайн на печатни платки има няколко стабилни напрежения.В идеалния случай всяко референтно напрежение има свой собствен съответен заземен слой.Твърде много заземяващи слоеве обаче биха увеличили производствените разходи на печатната платка и биха я направили твърде скъпа.Компромис е да се използват заземяващи слоеве на три до пет различни места, всяко от които може да съдържа няколко заземяващи секции.Това не само контролира производствените разходи на платката, но също така намалява EMI и EMC.
Заземителната система с нисък импеданс е важна, ако EMC трябва да бъде сведена до минимум.В многослойна печатна платка е за предпочитане да има надежден заземен слой, а не меден балансиращ блок (кражба на мед) или разпръснат заземен слой, тъй като той има нисък импеданс, осигурява токов път и е най-добрият източник на обратни сигнали.
Продължителността на времето, необходимо на сигнала, за да се върне към земята, също е много важно.Времето, необходимо за преминаване на сигнала до и от източника, трябва да бъде сравнимо, в противен случай ще възникне подобно на антена явление, което позволява на излъчената енергия да стане част от EMI.По същия начин, подравняването на тока към/от източника на сигнала трябва да бъде възможно най-кратко, ако източникът и обратният път не са с еднаква дължина, ще възникне отскачане на земята и това също ще генерира EMI.
4. Избягвайте 90° ъгли
За да се намалят EMI, подравняването, отворите и другите компоненти трябва да се избягват да образуват ъгъл от 90°, тъй като прав ъгъл ще генерира радиация.За да избегнете ъгъл от 90 °, подравняването трябва да бъде поне две окабеляване под ъгъл от 45 ° към ъгъла.
5. Използването на наддупка трябва да бъде внимателно
В почти всички оформления на печатни платки трябва да се използват отвори за осигуряване на проводяща връзка между различните слоеве.В някои случаи те също произвеждат отражения, тъй като характеристичният импеданс се променя, когато отворите се създават в подравняването.
Също така е важно да запомните, че отворите увеличават дължината на подравняването и трябва да бъдат съпоставени.В случай на диференциално подравняване, отворите трябва да се избягват, когато е възможно.Ако това не може да бъде избегнато, отворите трябва да се използват и в двете подравнявания, за да се компенсират закъсненията в сигнала и обратния път.
6. Кабели и физическо екраниране
Кабелите, пренасящи цифрови вериги и аналогови токове, могат да генерират паразитен капацитет и индуктивност, причинявайки много проблеми, свързани с ЕМС.Ако се използват кабели с усукана двойка, се поддържа ниско ниво на свързване и генерираните магнитни полета се елиминират.За високочестотни сигнали трябва да се използват екранирани кабели със заземени предна и задна част, за да се елиминират EMI смущенията.
Физическото екраниране е обвиването на цялата система или част от нея в метална опаковка, за да се предотврати навлизането на електромагнитни помехи във веригата на печатната платка.Това екраниране действа като затворен, заземяващ кондензатор, намалявайки размера на антенната верига и поглъщайки EMI.
Време на публикуване: 23 ноември 2022 г