Inom PCB-design har elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) och tillhörande elektromagnetisk interferens (EMI) traditionellt varit två stora huvudvärk för ingenjörer, särskilt i dagens kretskortsdesigner och komponentpaket fortsätter att krympa, OEM-tillverkare kräver högre hastighetssystem.I den här artikeln kommer jag att dela hur man undviker elektromagnetiska problem i PCB-design.
1. Överhörning och anpassning är i fokus
Justering är särskilt viktig för att säkerställa korrekt strömflöde.Om strömmen kommer från en oscillator eller annan liknande anordning är det särskilt viktigt att hålla strömmen åtskild från jordskiktet, eller att förhindra att strömmen går parallellt med en annan uppriktning.Två parallella höghastighetssignaler kan generera EMC och EMI, speciellt överhörning.Det är viktigt att hålla motståndsvägarna så korta som möjligt och returströmbanorna så korta som möjligt.Längden på returvägen bör vara densamma som längden på sändningsvägen.
För EMI kallas den ena vägen "kränkningsvägen" och den andra är "offervägen".Induktiv och kapacitiv koppling påverkar "offer"-vägen på grund av närvaron av elektromagnetiska fält, vilket genererar framåt- och bakåtströmmar på "offerbanan".På så sätt genereras rippel i en stabil miljö där sändnings- och mottagningslängderna på signalen är nästan lika.
I en välbalanserad miljö med stabila inriktningar bör de inducerade strömmarna eliminera varandra och därmed eliminera överhörning.Men vi befinner oss i en ofullkomlig värld där något sådant inte händer.Därför är vårt mål att överhörning måste hållas till ett minimum för alla anpassningar.Effekten av överhörning kan minimeras om bredden mellan parallella linjer är två gånger bredden på linjerna.Till exempel, om linjens bredd är 5 mils, bör det minsta avståndet mellan två parallella linjer vara 10 mils eller mer.
Eftersom nya material och komponenter fortsätter att dyka upp måste PCB-designers också fortsätta att ta itu med EMC- och störningsproblem.
2. Frånkopplingskondensatorer
Frånkopplingskondensatorer minskar de oönskade effekterna av överhörning.De bör placeras mellan ström- och jordstiften på enheten, vilket säkerställer en låg AC-impedans och minskar brus och överhörning.För att uppnå låg impedans över ett brett frekvensområde bör flera frånkopplingskondensatorer användas.
En viktig princip för att placera avkopplingskondensatorer är att kondensatorn med lägst kapacitansvärde placeras så nära enheten som möjligt för att minska induktiva effekter på uppriktningarna.Denna speciella kondensator bör placeras så nära enhetens strömförsörjningsstift eller strömförsörjningsbanan som möjligt och kondensatorns kuddar ska anslutas direkt till vias eller marknivå.Om uppriktningen är lång, använd flera vias för att minimera jordimpedansen.
3. Jordning av PCB
Ett viktigt sätt att minska EMI är att designa PCB-jordskiktet.Det första steget är att göra jordningsytan så stor som möjligt inom kretskortskortets totala yta så att emissioner, överhörning och buller kan minskas.Särskild försiktighet måste iakttas vid anslutning av varje komponent till en jordpunkt eller jordningslager, utan vilken den neutraliserande effekten av ett pålitligt jordningslager inte kan utnyttjas fullt ut.
En särskilt komplex PCB-konstruktion har flera stabila spänningar.Helst har varje referensspänning sitt eget motsvarande jordningsskikt.Men för många jordningslager skulle öka tillverkningskostnaderna för PCB och göra det för dyrt.En kompromiss är att använda jordningslager på tre till fem olika platser, som var och en kan innehålla flera jordningssektioner.Detta styr inte bara tillverkningskostnaden för kortet, utan minskar också EMI och EMC.
Ett jordsystem med låg impedans är viktigt om EMC ska minimeras.I ett flerskiktskretskort är det att föredra att ha ett tillförlitligt jordskikt snarare än ett kopparbalansblock (koppartjuv) eller ett spritt jordningsskikt eftersom det har låg impedans, ger en strömväg och är den bästa källan för omvända signaler.
Hur lång tid det tar för signalen att återgå till marken är också mycket viktig.Tiden det tar för signalen att färdas till och från källan måste vara jämförbar, annars uppstår ett antennliknande fenomen som gör att den utstrålade energin blir en del av EMI.På liknande sätt bör inriktningen av strömmen till/från signalkällan vara så kort som möjligt, om källan och returvägarna inte är lika långa kommer jordstuds att inträffa och detta kommer också att generera EMI.
4. Undvik 90° vinklar
För att minska EMI bör inriktningen, viaerna och andra komponenter undvikas för att bilda en 90° vinkel, eftersom en rät vinkel kommer att generera strålning.För att undvika 90° vinkel bör inriktningen vara minst två 45° vinkelkablar till hörnet.
5. Användningen av överhål måste vara försiktig
I nästan alla PCB-layouter måste vias användas för att ge en ledande förbindelse mellan de olika lagren.I vissa fall producerar de också reflektioner, eftersom den karakteristiska impedansen ändras när viaorna skapas i inriktningen.
Det är också viktigt att komma ihåg att vias ökar längden på inriktningen och måste matchas.Vid differentialjusteringar bör vias undvikas där så är möjligt.Om detta inte kan undvikas bör vias användas i båda linjerna för att kompensera för förseningar i signal- och returvägarna.
6. Kablar och fysisk skärmning
Kablar som bär digitala kretsar och analoga strömmar kan generera parasitisk kapacitans och induktans, vilket orsakar många EMC-relaterade problem.Om partvinnade kablar används upprätthålls en låg nivå av koppling och de magnetiska fälten som genereras elimineras.För högfrekventa signaler måste skärmade kablar användas, med både fram- och baksidan jordade, för att eliminera EMI-störningar.
Fysisk avskärmning är inkapslingen av hela eller delar av systemet i ett metallpaket för att förhindra EMI från att komma in i PCB-kretsen.Denna skärmning fungerar som en sluten, markledande kondensator, vilket minskar storleken på antennslingan och absorberar EMI.
Posttid: 2022-nov-23