PCB-de projekteerimisel on elektromagnetiline ühilduvus (EMC) ja sellega seotud elektromagnetilised häired (EMI) olnud inseneridele traditsiooniliselt kaks peamist peavalu, eriti tänapäevaste trükkplaatide konstruktsioonide ja komponentide pakettide kahanemise korral nõuavad originaalseadmete tootjad suurema kiirusega süsteeme.Selles artiklis jagan, kuidas vältida elektromagnetilisi probleeme PCB projekteerimisel.
1. Keskmes on Crosstalk ja joondamine
Joondamine on eriti oluline voolu õige liikumise tagamiseks.Kui vool tuleb ostsillaatorist või muust sarnasest seadmest, on eriti oluline hoida vool maakihist eraldi või vältida voolu paralleelset kulgemist mõne muu joondusega.Kaks kiiret signaali paralleelselt võivad tekitada elektromagnetilist ühilduvust ja elektromagnetilist signaali, eriti ülekõla.Oluline on hoida takistite rajad võimalikult lühikesed ja tagasivooluteed võimalikult lühikesed.Tagasitee pikkus peaks olema sama, mis edastustee pikkus.
EMI jaoks nimetatakse ühte teed "rikkumisteeks" ja teist "ohvriteeks".Induktiivne ja mahtuvuslik sidumine mõjutab "ohvri" teed elektromagnetväljade olemasolu tõttu, tekitades nii edasi- ja tagasivoolu "ohvriteel".Sel viisil tekitatakse pulsatsioon stabiilses keskkonnas, kus signaali edastamise ja vastuvõtmise pikkused on peaaegu võrdsed.
Hästi tasakaalustatud ja stabiilsete joondustega keskkonnas peaksid indutseeritud voolud üksteist kustutama, välistades seega läbirääkimise.Oleme aga ebatäiuslikus maailmas, kus sellist asja ei juhtu.Seetõttu on meie eesmärk, et kõigi joonduste puhul peab läbirääkimine olema minimaalne.Ristkõne mõju saab minimeerida, kui paralleelsete joonte vaheline laius on kaks korda suurem kui joonte laius.Näiteks kui joone laius on 5 miili, peaks kahe paralleelse joone vaheline minimaalne kaugus olema 10 miili või rohkem.
Uute materjalide ja komponentide ilmumisel peavad trükkplaatide projekteerijad jätkama ka elektromagnetilise ühilduvuse ja häirete probleemidega tegelemist.
2. Kondensaatorite lahtisidumine
Lahtisidestuskondensaatorid vähendavad läbirääkimise soovimatuid mõjusid.Need peaksid asuma seadme toite- ja maanduskontaktide vahel, mis tagab madala vahelduvvoolutakistuse ning vähendab müra ja ülekõla.Madala impedantsi saavutamiseks laias sagedusvahemikus tuleks kasutada mitut lahtisidestuskondensaatorit.
Lahtisiduvate kondensaatorite paigutamise oluline põhimõte on see, et madalaima mahtuvusväärtusega kondensaator asetatakse seadmele võimalikult lähedale, et vähendada induktiivmõju joondustele.See konkreetne kondensaator tuleks asetada võimalikult lähedale seadme toiteallika kontaktidele või toiteallika trassile ja kondensaatori padjad tuleks ühendada otse avade või maapinnaga.Kui joondus on pikk, kasutage maandustakistuse minimeerimiseks mitut läbiviiku.
3. PCB maandus
Oluline viis EMI vähendamiseks on PCB maanduskihi kujundamine.Esimene samm on muuta maandusala PCB plaadi kogupindalast võimalikult suureks, et vähendada emissioone, läbirääkimist ja müra.Eriti ettevaatlik tuleb olla iga komponendi ühendamisel maanduspunkti või maanduskihiga, ilma milleta ei saa usaldusväärse maanduskihi neutraliseerivat toimet täielikult ära kasutada.
Eriti keerulisel PCB konstruktsioonil on mitu stabiilset pinget.Ideaalis on igal võrdluspingel oma vastav maanduskiht.Liiga palju maanduskihte suurendaks aga PCB tootmiskulusid ja muudaks selle liiga kalliks.Kompromiss on maanduskihtide kasutamine kolmes kuni viies erinevas kohas, millest igaüks võib sisaldada mitut maandussektsiooni.See mitte ainult ei kontrolli plaadi tootmiskulusid, vaid vähendab ka EMI ja EMC.
Madala takistusega maandussüsteem on oluline, kui soovitakse EMC-d minimeerida.Mitmekihilise PCB puhul on eelistatav kasutada usaldusväärset maanduskihti, mitte vasest tasakaalustusplokki (vasest varastamine) või hajutatud maanduskihti, kuna sellel on madal takistus, see tagab voolutee ja on parim pöördsignaalide allikas.
Väga oluline on ka aeg, mille jooksul signaal maapinnale naaseb.Aeg, mis kulub signaali liikumiseks allikasse ja sealt tagasi, peab olema võrreldav, vastasel juhul tekib antennitaoline nähtus, mis võimaldab kiirgusenergial saada osaks EMI-st.Samamoodi peaks voolu joondamine signaaliallikasse/signaali allikasse olema võimalikult lühike, kui allika ja tagasivoolu teed ei ole võrdse pikkusega, tekib maapinna põrge ja see tekitab ka EMI.
4. Vältige 90° nurki
EMI vähendamiseks tuleks vältida joondamist, läbiviike ja muid komponente, et moodustada 90° nurk, kuna täisnurk tekitab kiirgust.90 ° nurga vältimiseks peaks joondus olema vähemalt kaks 45 ° nurga all olevat juhtmestikku.
5. Üle-augu kasutamine peab olema ettevaatlik
Peaaegu kõigis PCB paigutustes tuleb erinevate kihtide vahel juhtiva ühenduse loomiseks kasutada läbiviike.Mõnel juhul tekitavad need ka peegeldusi, kuna joondamisel läbiviikude loomisel muutub iseloomulik impedants.
Samuti on oluline meeles pidada, et VI-d pikendavad joonduse pikkust ja need tuleb sobitada.Diferentsiaaljoonduste puhul tuleks võimalusel vältida läbiviike.Kui seda ei ole võimalik vältida, tuleks signaali- ja tagasitee viivituste kompenseerimiseks kasutada mõlemas joonduses läbiviike.
6. Kaablid ja füüsiline varjestus
Digitaallülitusi ja analoogvoolu kandvad kaablid võivad tekitada parasiitmahtuvust ja induktiivsust, põhjustades palju elektromagnetilise ühilduvuse probleeme.Kui kasutatakse keerdpaarkaableid, säilitatakse madal sidestus ja tekkivad magnetväljad elimineeritakse.Kõrgsageduslike signaalide puhul tuleb EMI-häirete kõrvaldamiseks kasutada varjestatud kaableid, mille esi- ja tagakülg on maandatud.
Füüsiline varjestus on kogu süsteemi või selle osa katmine metallpakendisse, et vältida EMI sattumist PCB vooluringi.See varjestus toimib suletud, maanduskondensaatorina, vähendades antenniahela suurust ja neelates EMI-d.
Postitusaeg: 23.11.2022