У проектуванні друкованих плат електромагнітна сумісність (EMC) і пов’язані з цим електромагнітні перешкоди (EMI) традиційно були двома основними головними болями для інженерів, особливо в сучасних конструкціях друкованих плат, а пакети компонентів продовжують скорочуватися, OEM-виробники вимагають більш швидкісних систем.У цій статті я розповім, як уникнути електромагнітних проблем у дизайні друкованої плати.
1. В центрі уваги перехресні перешкоди та вирівнювання
Вирівнювання особливо важливо для забезпечення належного проходження струму.Якщо струм надходить від осцилятора або іншого подібного пристрою, особливо важливо тримати струм окремо від шару заземлення або не допускати, щоб струм працював паралельно з іншим вирівнюванням.Два високошвидкісні сигнали паралельно можуть генерувати електромагнітну сумісність та електромагнітні завади, особливо перехресні перешкоди.Важливо, щоб шляхи резисторів були якомога коротшими, а шляхи зворотного струму – якомога коротшими.Довжина зворотного шляху повинна збігатися з довжиною шляху передачі.
Для EMI один шлях називається «шляхом порушення», а інший — «шляхом жертви».Індуктивний і ємнісний зв’язок впливає на «шлях жертви» через наявність електромагнітних полів, таким чином генеруючи прямий і зворотний струми на «шляху жертви».Таким чином, пульсації генеруються в стабільному середовищі, де довжини передачі та прийому сигналу майже однакові.
У добре збалансованому середовищі зі стабільним вирівнюванням індуковані струми повинні гасити один одного, таким чином усуваючи перехресні перешкоди.Однак ми живемо в недосконалому світі, де такого не буває.Тому наша мета полягає в тому, щоб перехресні перешкоди були зведені до мінімуму для всіх вирівнювань.Вплив перехресних перешкод можна мінімізувати, якщо ширина між паралельними лініями вдвічі перевищує ширину ліній.Наприклад, якщо ширина лінії становить 5 мілі, мінімальна відстань між двома паралельними лініями має бути 10 мілі або більше.
Оскільки нові матеріали та компоненти продовжують з’являтися, розробники друкованих плат також повинні продовжувати працювати з проблемами електромагнітної сумісності та перешкод.
2. Розв'язувальні конденсатори
Розв'язувальні конденсатори зменшують небажані ефекти перехресних перешкод.Вони повинні бути розташовані між контактами живлення та заземлення пристрою, що забезпечує низький імпеданс змінного струму та зменшує шуми та перехресні перешкоди.Щоб досягти низького опору в широкому діапазоні частот, слід використовувати кілька розв’язувальних конденсаторів.
Важливим принципом розміщення розв’язувальних конденсаторів є те, що конденсатор із найменшим значенням ємності розміщують якомога ближче до пристрою, щоб зменшити індуктивний вплив на вирівнювання.Цей конкретний конденсатор слід розташувати якомога ближче до контактів джерела живлення пристрою або доріжки джерела живлення, а колодки конденсатора мають бути підключені безпосередньо до отворів або рівня землі.Якщо вирівнювання довге, використовуйте кілька отворів, щоб мінімізувати опір землі.
3. Заземлення друкованої плати
Важливим способом зменшення електромагнітних перешкод є розробка шару заземлення друкованої плати.Перший крок — зробити площу заземлення якомога більшою в межах загальної площі друкованої плати, щоб можна було зменшити випромінювання, перехресні перешкоди та шум.Слід бути особливо обережним при підключенні кожного компонента до точки заземлення або шару заземлення, без якого нейтралізуючий ефект надійного шару заземлення не може бути повністю використаний.
Особливо складна конструкція друкованої плати має кілька стабільних напруг.В ідеалі кожна опорна напруга має відповідний шар заземлення.Однак занадто багато шарів заземлення збільшить витрати на виробництво друкованої плати та зробить її занадто дорогою.Компромісом є використання шарів заземлення в трьох-п’яти різних місцях, кожне з яких може містити кілька секцій заземлення.Це не тільки контролює виробничу вартість плати, але й зменшує електромагнітні перешкоди та електромагнітну сумісність.
Система заземлення з низьким опором є важливою для мінімізації ЕМС.У багатошаровій друкованій платі краще мати надійний заземлюючий шар, а не мідний балансовий блок (крадіжка міді) або розсіяний заземлюючий шар, оскільки він має низький імпеданс, забезпечує шлях струму та є найкращим джерелом зворотних сигналів.
Час, який потрібен сигналу для повернення на землю, також дуже важливий.Час, необхідний для проходження сигналу до джерела та від джерела, має бути порівнянним, інакше відбудеться явище, подібне до антени, що дозволить випромінюваній енергії стати частиною EMI.Подібним чином, вирівнювання струму до/від джерела сигналу має бути якомога коротшим, якщо вихідний і зворотний шляхи не мають однакової довжини, виникне відбій від землі, що також спричинить електромагнітні перешкоди.
4. Уникайте кутів 90°
Щоб зменшити електромагнітні перешкоди, слід уникати вирівнювання, переходів та інших компонентів під кутом 90°, оскільки прямий кут створюватиме випромінювання.Щоб уникнути кута 90°, вирівнювання повинно складатися з принаймні двох проводів під кутом 45° до кута.
5. З використанням накладного отвору потрібно бути обережним
Майже в усіх макетах друкованої плати необхідно використовувати переходи для забезпечення провідного з’єднання між різними шарами.У деяких випадках вони також створюють відбиття, оскільки характеристичний імпеданс змінюється, коли переходи створюються в центрі.
Важливо також пам’ятати, що переходи збільшують довжину вирівнювання та потребують узгодження.У разі диференціального вирівнювання слід уникати переходів, де це можливо.Якщо цього уникнути неможливо, переходи слід використовувати в обох вирівнюваннях, щоб компенсувати затримки в сигнальному та зворотному трактах.
6. Кабелі та фізичне екранування
Кабелі, що передають цифрові схеми та аналогові струми, можуть створювати паразитну ємність та індуктивність, викликаючи багато проблем, пов’язаних з електромагнітною сумісністю.Якщо використовуються кабелі з витою парою, підтримується низький рівень зв’язку та усуваються створювані магнітні поля.Для високочастотних сигналів слід використовувати екрановані кабелі із заземленням передньої та задньої панелей, щоб усунути електромагнітні перешкоди.
Фізичне екранування — це включення всієї системи або її частини в металевий корпус, щоб запобігти проникненню електромагнітних перешкод у схему друкованої плати.Це екранування діє як замкнутий конденсатор, що проводить землю, зменшуючи розмір петлі антени та поглинаючи електромагнітні перешкоди.
Час публікації: 23 листопада 2022 р