У дизајну ПЦБ-а, електромагнетна компатибилност (ЕМЦ) и повезане електромагнетне сметње (ЕМИ) су традиционално биле две главне главобоље за инжењере, посебно у данашњем дизајну штампаних плоча и пакети компоненти настављају да се смањују, ОЕМ-и захтевају системе веће брзине.У овом чланку ћу поделити како да избегнем електромагнетне проблеме у дизајну ПЦБ-а.
1. Преслушавање и поравнање су у фокусу
Поравнање је посебно важно да би се обезбедио правилан ток струје.Ако струја долази од осцилатора или другог сличног уређаја, посебно је важно држати струју одвојено од слоја земље или спречити да струја тече паралелно са другим поравнањем.Два паралелна сигнала велике брзине могу генерисати ЕМЦ и ЕМИ, посебно преслушавање.Важно је да стазе отпорника буду што краће, а повратне струје што краће.Дужина повратне путање треба да буде иста као и дужина путање за пренос.
За ЕМИ, један пут се назива „путем кршења“, а други је „путем жртве“.Индуктивна и капацитивна спрега утиче на путању „жртве“ због присуства електромагнетних поља, генеришући тако напредне и реверзне струје на „путу жртве“.На овај начин, таласање се генерише у стабилном окружењу где су дужине преноса и пријема сигнала скоро једнаке.
У добро избалансираном окружењу са стабилним поравнањима, индуковане струје треба да се пониште једна другу, чиме се елиминишу преслушавање.Међутим, ми смо у несавршеном свету где се тако нешто не дешава.Стога, наш циљ је да преслушавање мора бити сведено на минимум за сва поравнања.Ефекат преслушавања се може минимизирати ако је ширина између паралелних линија двоструко већа од ширине линија.На пример, ако је ширина линије 5 мил, минимално растојање између две паралелне линије треба да буде 10 мил или више.
Како се нови материјали и компоненте настављају појављивати, дизајнери ПЦБ-а такође морају наставити да се баве проблемима ЕМЦ и сметњи.
2. Раздвојни кондензатори
Кондензатори за раздвајање смањују нежељене ефекте преслушавања.Требало би да се налазе између пинова за напајање и уземљење уређаја, што обезбеђује ниску импедансу наизменичне струје и смањује шум и преслушавање.Да би се постигла ниска импеданса у широком фреквентном опсегу, треба користити више кондензатора за раздвајање.
Важан принцип за постављање кондензатора за раздвајање је да се кондензатор са најнижом вредношћу капацитивности постави што ближе уређају како би се смањили индуктивни ефекти на поравнање.Овај конкретни кондензатор треба да буде постављен што је могуће ближе пиновима за напајање уређаја или стази за напајање, а јастучићи кондензатора треба да буду повезани директно на прелаз или ниво земље.Ако је поравнање дугачко, користите вишеструке прелазе да бисте минимизирали импедансу земље.
3. Уземљење ПЦБ-а
Важан начин да се смањи електромагнетна електромагнетна енергија је дизајнирање слоја за уземљење ПЦБ-а.Први корак је да се подручје уземљења учини што је могуће већим у оквиру укупне површине ПЦБ плоче како би се смањиле емисије, преслушавање и бука.Посебна пажња се мора обратити приликом повезивања сваке компоненте са тачком уземљења или слојем уземљења, без чега се неутрализујући ефекат поузданог слоја уземљења не може у потпуности искористити.
Посебно сложен дизајн ПЦБ-а има неколико стабилних напона.У идеалном случају, сваки референтни напон има свој одговарајући слој уземљења.Међутим, превише слојева уземљења би повећало трошкове производње ПЦБ-а и учинило га прескупим.Компромис је коришћење слојева уземљења на три до пет различитих локација, од којих свака може да садржи неколико делова за уземљење.Ово не само да контролише трошкове производње плоче, већ и смањује ЕМИ и ЕМЦ.
Систем уземљења ниске импедансе је важан ако се ЕМЦ жели свести на минимум.У вишеслојном ПЦБ-у пожељно је имати поуздан слој уземљења, а не блок за равнотежу бакра (крађа бакра) или раштркани слој уземљења јер има ниску импедансу, обезбеђује струјни пут и најбољи је извор обрнутих сигнала.
Дужина времена потребног сигналу да се врати на земљу је такође веома важна.Време потребно да сигнал путује до и од извора мора бити упоредиво, у супротном ће доћи до појаве налик на антену, што ће омогућити да енергија зрачења постане део ЕМИ.Слично томе, поравнање струје до/од извора сигнала треба да буде што је могуће краће, ако изворни и повратни пут нису једнаке дужине, доћи ће до одбијања од земље и то ће такође генерисати ЕМИ.
4. Избегавајте углове од 90°
Да би се смањио ЕМИ, треба избегавати поравнање, прелазе и друге компоненте да формирају угао од 90°, јер ће прави угао генерисати зрачење.Да бисте избегли угао од 90 °, поравнање треба да буде најмање две жице под углом од 45 ° до угла.
5. Употреба прекомерног отвора треба бити опрезна
У скоро свим распоредима ПЦБ-а, виас се мора користити за обезбеђивање проводне везе између различитих слојева.У неким случајевима, они такође производе рефлексије, јер се карактеристична импеданса мења када се отвори креирају у поравнању.
Такође је важно запамтити да вијаци повећавају дужину поравнања и да их је потребно ускладити.У случају диференцијалног поравнања, прелазе треба избегавати где је то могуће.Ако се ово не може избећи, прелазе треба користити у оба поравнања како би се надокнадила кашњења у сигналним и повратним путањама.
6. Каблови и физичка заштита
Каблови који носе дигитална кола и аналогне струје могу генерисати паразитски капацитет и индуктивност, узрокујући многе проблеме везане за ЕМЦ.Ако се користе каблови са упреденим парицама, одржава се низак ниво спреге и елиминишу се створена магнетна поља.За високофреквентне сигнале, морају се користити оклопљени каблови, са предњим и задњим уземљењем, како би се елиминисале ЕМИ сметње.
Физичка заштита је омотавање целог или дела система у метални пакет како би се спречило да ЕМИ уђе у ПЦБ кола.Ова заштита делује као затворени кондензатор са уземљењем, смањујући величину антенске петље и апсорбујући ЕМИ.
Време поста: 23.11.2022