PCB projektēšanā elektromagnētiskā savietojamība (EMC) un ar to saistītie elektromagnētiskie traucējumi (EMI) tradicionāli ir bijušas divas galvenās galvassāpes inženieriem, jo īpaši mūsdienu shēmas plates dizainā un komponentu paketes turpina sarukt, oriģinālo iekārtu ražotājiem ir vajadzīgas lielāka ātruma sistēmas.Šajā rakstā es pastāstīšu, kā izvairīties no elektromagnētiskām problēmām PCB projektēšanā.
1. Uzmanības centrā ir šķērsruna un izlīdzināšana
Izlīdzināšana ir īpaši svarīga, lai nodrošinātu pareizu strāvas plūsmu.Ja strāva nāk no oscilatora vai citas līdzīgas ierīces, ir īpaši svarīgi noturēt strāvu atsevišķi no zemes slāņa vai neļaut strāvai darboties paralēli citai izlīdzināšanai.Divi ātrgaitas signāli paralēli var radīt EMC un EMI, īpaši šķērsrunu.Ir svarīgi, lai rezistoru ceļi būtu pēc iespējas īsāki un atgriezes strāvas ceļi pēc iespējas īsāki.Atgriešanās ceļa garumam jābūt tādam pašam kā pārraides ceļa garumam.
Attiecībā uz EMI vienu ceļu sauc par “pārkāpuma ceļu”, bet otru – par “upura ceļu”.Induktīvā un kapacitatīvā savienošana ietekmē "upura" ceļu elektromagnētisko lauku klātbūtnes dēļ, tādējādi radot uz "upura ceļu" uz priekšu un atpakaļgaitas strāvas.Tādā veidā pulsācija tiek ģenerēta stabilā vidē, kur signāla pārraides un saņemšanas garums ir gandrīz vienāds.
Labi līdzsvarotā vidē ar stabiliem izlīdzinājumiem inducētajām strāvām vajadzētu vienai otru izslēgt, tādējādi novēršot šķērsrunu.Tomēr mēs atrodamies nepilnīgā pasaulē, kur kas tāds nenotiek.Tāpēc mūsu mērķis ir panākt, lai šķērsruna būtu minimāla visos izlīdzinājumos.Šķērsrunas efektu var samazināt, ja platums starp paralēlām līnijām ir divreiz lielāks par līniju platumu.Piemēram, ja līnijas platums ir 5 jūdzes, minimālajam attālumam starp divām paralēlām līnijām jābūt 10 jūdzēm vai lielākam.
Tā kā turpina parādīties jauni materiāli un komponenti, PCB dizaineriem arī jāturpina risināt EMC un traucējumu problēmas.
2. Atsaistes kondensatori
Atvienošanas kondensatori samazina šķērsruna nevēlamās sekas.Tiem jāatrodas starp ierīces barošanas un zemējuma tapām, kas nodrošina zemu maiņstrāvas pretestību un samazina troksni un šķērsrunu.Lai sasniegtu zemu pretestību plašā frekvenču diapazonā, jāizmanto vairāki atdalīšanas kondensatori.
Svarīgs atsaistes kondensatoru izvietošanas princips ir tāds, ka kondensators ar zemāko kapacitātes vērtību tiek novietots pēc iespējas tuvāk ierīcei, lai samazinātu induktīvo ietekmi uz izlīdzinājumiem.Šis konkrētais kondensators jānovieto pēc iespējas tuvāk ierīces barošanas avota tapām vai barošanas avota trasei, un kondensatora paliktņiem jābūt tieši savienotiem ar caurumiem vai zemes līmeni.Ja izlīdzinājums ir garš, izmantojiet vairākas caurejas, lai samazinātu zemes pretestību.
3. PCB zemējums
Svarīgs EMI samazināšanas veids ir PCB zemējuma slāņa projektēšana.Pirmais solis ir padarīt zemējuma laukumu pēc iespējas lielāku kopējā PCB plates laukumā, lai varētu samazināt emisijas, šķērsrunu un troksni.Savienojot katru komponentu ar zemējuma punktu vai zemējuma slāni, jāievēro īpaša piesardzība, bez kura nevar pilnībā izmantot uzticama zemējuma slāņa neitralizējošu efektu.
Īpaši sarežģītai PCB konstrukcijai ir vairāki stabili spriegumi.Ideālā gadījumā katram atsauces spriegumam ir savs atbilstošais zemējuma slānis.Tomēr pārāk daudz zemējuma slāņu palielinātu PCB ražošanas izmaksas un padarītu to pārāk dārgu.Kompromiss ir izmantot zemējuma slāņus trīs līdz piecās dažādās vietās, no kurām katrā var būt vairākas zemējuma sadaļas.Tas ne tikai kontrolē plāksnes ražošanas izmaksas, bet arī samazina EMI un EMC.
Zemas pretestības zemējuma sistēma ir svarīga, lai samazinātu EMC.Daudzslāņu PCB ir vēlams izmantot uzticamu zemējuma slāni, nevis vara balansēšanas bloku (vara zagšana) vai izkliedētu zemējuma slāni, jo tam ir zema pretestība, tas nodrošina strāvas ceļu un ir labākais reverso signālu avots.
Ļoti svarīgs ir arī laiks, pēc kura signāls atgriežas zemē.Laikam, kas nepieciešams signālam, lai pārvietotos uz un no avota, ir jābūt salīdzināmam, pretējā gadījumā notiks antenai līdzīga parādība, kas ļauj izstarotajai enerģijai kļūt par EMI daļu.Līdzīgi, strāvas izlīdzināšanai uz/no signāla avota jābūt pēc iespējas īsākai, ja avota un atgriešanās ceļi nav vienāda garuma, notiks zemes atsitiens un tas arī ģenerēs EMI.
4. Izvairieties no 90° leņķiem
Lai samazinātu EMI, jāizvairās no izlīdzināšanas, caurumiem un citām sastāvdaļām, lai veidotu 90° leņķi, jo taisns leņķis radīs starojumu.Lai izvairītos no 90 ° leņķa, izlīdzināšanai jābūt vismaz diviem 45 ° leņķa vadiem pret stūri.
5. Izmantojot pārseguma caurumu, jābūt uzmanīgiem
Gandrīz visos PCB izkārtojumos ir jāizmanto caurumi, lai nodrošinātu vadošu savienojumu starp dažādiem slāņiem.Dažos gadījumos tie rada arī atspīdumus, jo raksturīgā pretestība mainās, kad izlīdzinājumā tiek izveidoti caurumi.
Ir arī svarīgi atcerēties, ka caurumi palielina izlīdzināšanas garumu un ir jāsaskaņo.Ja iespējams, diferenciālas izlīdzināšanas gadījumā jāizvairās no caurumiem.Ja no tā nevar izvairīties, abos izlīdzinājumos jāizmanto caurumi, lai kompensētu signāla un atgriešanās ceļu aizkavēšanos.
6. Kabeļi un fiziskā ekranēšana
Kabeļi, kuros ir digitālās shēmas un analogās strāvas, var radīt parazitāro kapacitāti un induktivitāti, izraisot daudzas ar EMC saistītas problēmas.Ja tiek izmantoti vītā pāra kabeļi, tiek uzturēts zems savienojuma līmenis un tiek novērsti radītie magnētiskie lauki.Augstfrekvences signāliem ir jāizmanto ekranēti kabeļi ar zemējumu gan priekšpusē, gan aizmugurē, lai novērstu EMI traucējumus.
Fiziskā ekranēšana ir visas sistēmas vai tās daļas iesaiņošana metāla iepakojumā, lai novērstu EMI iekļūšanu PCB shēmā.Šis ekranējums darbojas kā slēgts, zemi vadošs kondensators, samazinot antenas cilpas izmēru un absorbējot EMI.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 23. novembris