En el disseny de PCB, la compatibilitat electromagnètica (EMC) i la interferència electromagnètica (EMI) associada han estat tradicionalment dos grans maldecaps per als enginyers, especialment en els dissenys de plaques de circuit actuals i els paquets de components continuen reduint-se, els OEM requereixen sistemes de major velocitat.En aquest article, compartiré com evitar problemes electromagnètics en el disseny de PCB.
1. La diafonia i l'alineació són el focus
L'alineació és especialment important per garantir el flux correcte de corrent.Si el corrent prové d'un oscil·lador o un altre dispositiu similar, és especialment important mantenir el corrent separat de la capa de terra, o evitar que el corrent funcioni en paral·lel amb una altra alineació.Dos senyals d'alta velocitat en paral·lel poden generar EMC i EMI, especialment la diafonia.És important mantenir els camins de la resistència el més curts possible i els camins del corrent de retorn el més curts possible.La longitud del camí de retorn ha de ser la mateixa que la longitud del camí de transmissió.
Per a EMI, un camí s'anomena "camí de violació" i l'altre és "camí de la víctima".L'acoblament inductiu i capacitiu afecta el camí de la "víctima" a causa de la presència de camps electromagnètics, generant així corrents directes i inverses al "camí de la víctima".D'aquesta manera, la ondulació es genera en un entorn estable on les longituds de transmissió i recepció del senyal són gairebé iguals.
En un entorn ben equilibrat amb alineacions estables, els corrents induïts s'han d'anul·lar entre si, eliminant així la diafonia.Tanmateix, estem en un món imperfecte on una cosa així no passa.Per tant, el nostre objectiu és que la diafonia es mantingui al mínim per a totes les alineacions.L'efecte de la diafonia es pot minimitzar si l'amplada entre línies paral·leles és el doble de l'amplada de les línies.Per exemple, si l'amplada de la línia és de 5 mils, la distància mínima entre dues línies paral·leles hauria de ser de 10 mils o més.
A mesura que continuen apareixent nous materials i components, els dissenyadors de PCB també han de continuar tractant els problemes d'EMC i d'interferències.
2. Condensadors de desacoblament
Els condensadors de desacoblament redueixen els efectes no desitjats de la diafonia.S'han d'ubicar entre els pins d'alimentació i de terra del dispositiu, cosa que garanteix una baixa impedància de CA i redueix el soroll i la diafonia.Per aconseguir una baixa impedància en un ampli rang de freqüències, s'han d'utilitzar múltiples condensadors de desacoblament.
Un principi important per col·locar condensadors de desacoblament és que el condensador amb el valor de capacitat més baix es col·loqui el més a prop possible del dispositiu per reduir els efectes inductius sobre les alineacions.Aquest condensador en particular s'ha de col·locar el més a prop possible dels pins de la font d'alimentació del dispositiu o de la canalització de la font d'alimentació i els coixinets del condensador s'han de connectar directament a les vies o al nivell del sòl.Si l'alineació és llarga, utilitzeu diverses vies per minimitzar la impedància de terra.
3. Posa a terra del PCB
Una manera important de reduir l'EMI és dissenyar la capa de connexió a terra del PCB.El primer pas és fer que l'àrea de connexió a terra sigui tan gran com sigui possible dins de l'àrea total de la placa PCB de manera que es puguin reduir les emissions, la diafonia i el soroll.S'ha de tenir especial cura en connectar cada component a un punt de terra o una capa de terra, sense els quals l'efecte neutralitzador d'una capa de terra fiable no es pot utilitzar completament.
Un disseny de PCB particularment complex té diversos voltatges estables.Idealment, cada tensió de referència té la seva pròpia capa de terra corresponent.Tanmateix, massa capes de connexió a terra augmentarien els costos de fabricació del PCB i el farien massa car.Un compromís és utilitzar capes de connexió a terra en tres o cinc ubicacions diferents, cadascuna de les quals pot contenir diverses seccions de connexió a terra.Això no només controla el cost de fabricació de la placa, sinó que també redueix EMI i EMC.
Un sistema de connexió a terra de baixa impedància és important si es vol minimitzar l'EMC.En un PCB multicapa és preferible tenir una capa de terra fiable en lloc d'un bloc d'equilibri de coure (lladre de coure) o una capa de terra dispersa, ja que té una impedància baixa, proporciona un camí de corrent i és la millor font de senyals inversos.
El temps que triga el senyal a tornar a terra també és molt important.El temps que triga el senyal a viatjar cap a i des de la font ha de ser comparable, en cas contrari es produirà un fenomen semblant a una antena, que permetrà que l'energia irradiada passi a formar part de l'EMI.De la mateixa manera, l'alineació del corrent cap a/des de la font del senyal hauria de ser tan curta com sigui possible, si els camins d'origen i retorn no tenen la mateixa longitud, es produirà un rebot de terra i això també generarà EMI.
4. Evita angles de 90°
Per reduir l'EMI, s'ha d'evitar l'alineació, les vies i altres components per formar un angle de 90°, perquè un angle recte generarà radiació.Per evitar un angle de 90 °, l'alineació ha de ser almenys dos cables d'angle de 45 ° a la cantonada.
5. Cal anar amb compte amb l'ús del forat
En gairebé tots els dissenys de PCB, s'han d'utilitzar vies per proporcionar una connexió conductora entre les diferents capes.En alguns casos, també produeixen reflexos, ja que la impedància característica canvia quan es creen les vies en l'alineació.
També és important recordar que les vias augmenten la longitud de l'alineació i s'han de fer coincidir.En el cas d'alineacions diferencials, s'han d'evitar les vies sempre que sigui possible.Si això no es pot evitar, s'han d'utilitzar vies en ambdues alineacions per compensar els retards en el senyal i els camins de retorn.
6. Cables i blindatge físic
Els cables que porten circuits digitals i corrents analògics poden generar capacitat i inductància paràsits, causant molts problemes relacionats amb l'EMC.Si s'utilitzen cables de parell trenat, es manté un nivell baix d'acoblament i s'eliminen els camps magnètics generats.Per als senyals d'alta freqüència, s'han d'utilitzar cables apantallats, amb la part frontal i posterior connectades a terra, per eliminar les interferències EMI.
El blindatge físic és l'embolcall de la totalitat o part del sistema en un paquet metàl·lic per evitar que les EMI entrin als circuits de la PCB.Aquest blindatge actua com un condensador tancat i conductor de terra, reduint la mida del bucle de l'antena i absorbint EMI.
Hora de publicació: 23-nov-2022