U dizajnu PCB-a, elektromagnetska kompatibilnost (EMC) i pridružene elektromagnetne smetnje (EMI) su tradicionalno bile dvije glavne glavobolje za inženjere, posebno u današnjem dizajnu štampanih ploča i paketi komponenti se i dalje smanjuju, OEM-ovi zahtijevaju sisteme veće brzine.U ovom članku ću podijeliti kako izbjeći elektromagnetne probleme u dizajnu PCB-a.
1. Preslušavanje i poravnanje su u fokusu
Usklađivanje je posebno važno kako bi se osigurao pravilan protok struje.Ako struja dolazi od oscilatora ili drugog sličnog uređaja, posebno je važno držati struju odvojeno od sloja zemlje, ili spriječiti da struja teče paralelno s drugim poravnanjem.Dva paralelna signala velike brzine mogu generirati EMC i EMI, posebno preslušavanje.Važno je da staze otpornika budu što kraće, a povratne struje što kraće.Dužina povratne putanje treba da bude ista kao i dužina putanje za prenos.
Za EMI, jedan put se naziva “putem kršenja”, a drugi je “putem žrtve”.Induktivna i kapacitivna sprega utječe na putanju „žrtve“ zbog prisustva elektromagnetnih polja, stvarajući tako naprijed i nazad struje na „putu žrtve“.Na ovaj način, talasanje se generiše u stabilnom okruženju gde su dužine odašiljanja i primanja signala skoro jednake.
U dobro izbalansiranom okruženju sa stabilnim poravnanjima, indukovane struje treba da se ponište jedna drugu, čime se eliminišu preslušavanje.Međutim, mi smo u nesavršenom svijetu gdje se tako nešto ne dešava.Stoga je naš cilj da preslušavanje mora biti svedeno na minimum za sva poravnanja.Učinak preslušavanja može se minimizirati ako je širina između paralelnih linija dvostruko veća od širine linija.Na primjer, ako je širina linije 5 mils, minimalna udaljenost između dvije paralelne linije trebala bi biti 10 mils ili veća.
Kako se novi materijali i komponente nastavljaju pojavljivati, dizajneri PCB-a također moraju nastaviti da se bave problemima EMC i smetnji.
2. Razdvojni kondenzatori
Kondenzatori za razdvajanje smanjuju neželjene efekte preslušavanja.Oni bi trebali biti smješteni između pinova za napajanje i uzemljenje uređaja, što osigurava nisku AC impedanciju i smanjuje šum i preslušavanje.Da bi se postigla niska impedancija u širokom frekventnom opsegu, trebalo bi koristiti više kondenzatora za razdvajanje.
Važan princip postavljanja kondenzatora za razdvajanje je da se kondenzator sa najnižom vrijednošću kapacitivnosti postavi što bliže uređaju kako bi se smanjili induktivni efekti na poravnanje.Ovaj konkretni kondenzator treba postaviti što je moguće bliže pinovima za napajanje uređaja ili stazi za napajanje, a jastučići kondenzatora treba da budu povezani direktno na otvore ili nivo zemlje.Ako je poravnanje dugo, upotrijebite više vijazova kako biste minimizirali impedanciju uzemljenja.
3. Uzemljenje PCB-a
Važan način da se smanji elektromagnetna elektromagnetna energija je dizajniranje sloja za uzemljenje PCB-a.Prvi korak je da se područje uzemljenja učini što je moguće većim unutar ukupne površine PCB ploče kako bi se smanjile emisije, preslušavanje i buka.Posebna pažnja se mora posvetiti spajanju svake komponente na uzemljenje ili sloj uzemljenja, bez čega se neutralizirajući učinak pouzdanog sloja uzemljenja ne može u potpunosti iskoristiti.
Posebno složen dizajn PCB-a ima nekoliko stabilnih napona.U idealnom slučaju, svaki referentni napon ima svoj odgovarajući sloj uzemljenja.Međutim, previše slojeva uzemljenja bi povećalo troškove proizvodnje PCB-a i učinilo ga preskupim.Kompromis je korištenje slojeva uzemljenja na tri do pet različitih lokacija, od kojih svaka može sadržavati nekoliko dijelova za uzemljenje.Ovo ne samo da kontroliše troškove proizvodnje ploče, već i smanjuje EMI i EMC.
Sistem uzemljenja niske impedancije je važan ako se EMC želi svesti na minimum.U višeslojnom PCB-u poželjno je imati pouzdan sloj uzemljenja, a ne blok za ravnotežu bakra (krađa bakra) ili rasuti sloj uzemljenja jer ima nisku impedanciju, pruža strujni put i najbolji je izvor reverznih signala.
Dužina vremena potrebnog signalu da se vrati na zemlju je takođe veoma važna.Vrijeme potrebno da signal putuje do i od izvora mora biti uporedivo, u suprotnom će se pojaviti fenomen sličan anteni, što će omogućiti da energija zračenja postane dio EMI.Slično tome, poravnanje struje prema/iz izvora signala treba da bude što je moguće kraće, ako izvorni i povratni put nisu jednake dužine, doći će do odbijanja od tla i to će također generirati EMI.
4. Izbjegavajte uglove od 90°
Da bi se smanjio EMI, potrebno je izbjegavati poravnanje, prelaze i druge komponente da formiraju ugao od 90°, jer će pravi ugao generirati zračenje.Da bi se izbjegao ugao od 90°, poravnanje treba da bude najmanje dva ožičenja pod kutom od 45° prema uglu.
5. Pri korištenju prekomjernog otvora treba biti oprezan
U gotovo svim rasporedima PCB-a, vias se mora koristiti za obezbjeđivanje provodljive veze između različitih slojeva.U nekim slučajevima, oni također proizvode refleksije, jer se karakteristična impedansa mijenja kada se otvori kreiraju u poravnanju.
Također je važno imati na umu da vias povećava dužinu poravnanja i da ih je potrebno uskladiti.U slučaju diferencijalnog poravnanja, treba izbjegavati prelaze gdje je to moguće.Ako se ovo ne može izbjeći, treba koristiti prelaze u oba poravnanja kako bi se kompenzirala kašnjenja u signalnim i povratnim stazama.
6. Kablovi i fizička zaštita
Kablovi koji nose digitalna kola i analogne struje mogu generirati parazitski kapacitet i induktivnost, uzrokujući mnoge probleme vezane za EMC.Ako se koriste kablovi sa upredenim paricama, održava se nizak nivo sprege i eliminišu se stvorena magnetna polja.Za visokofrekventne signale moraju se koristiti oklopljeni kablovi, sa prednjim i zadnjim uzemljenjem, kako bi se eliminisale EMI smetnje.
Fizička zaštita je omotavanje cijelog ili dijela sistema u metalni paket kako bi se spriječilo da EMI uđe u PCB kola.Ova zaštita se ponaša kao zatvoreni kondenzator sa uzemljenjem, smanjujući veličinu antenske petlje i apsorbujući EMI.
Vrijeme objave: 23.11.2022