No deseño de PCB, a compatibilidade electromagnética (EMC) e a interferencia electromagnética asociada (EMI) foron tradicionalmente dous grandes dores de cabeza para os enxeñeiros, especialmente nos deseños de placas de circuíto de hoxe e os paquetes de compoñentes seguen a diminuír, os OEM requiren sistemas de maior velocidade.Neste artigo, compartirei como evitar problemas electromagnéticos no deseño de PCB.
1. A diafonía e o aliñamento son o foco
O aliñamento é especialmente importante para garantir o fluxo correcto de corrente.Se a corrente procede dun oscilador ou doutro dispositivo similar, é especialmente importante manter a corrente separada da capa de terra ou evitar que a corrente corra en paralelo con outra aliñación.Dous sinais de alta velocidade en paralelo poden xerar EMC e EMI, especialmente diafonía.É importante manter os camiños da resistencia o máis curtos posible e os camiños da corrente de retorno o máis curtos posible.A lonxitude do camiño de retorno debe ser a mesma que a lonxitude do camiño de transmisión.
Para EMI, un camiño chámase "vía de violación" e outro é o "camiño da vítima".O acoplamento indutivo e capacitivo afecta o camiño da "vítima" debido á presenza de campos electromagnéticos, xerando así correntes directas e inversas no "camiño da vítima".Deste xeito, a ondulación xérase nun ambiente estable onde as lonxitudes de transmisión e recepción do sinal son case iguais.
Nun ambiente ben equilibrado con aliñacións estables, as correntes inducidas deberían cancelarse entre si, eliminando así a diafonía.Porén, estamos nun mundo imperfecto onde tal cousa non ocorre.Polo tanto, o noso obxectivo é que a diafonía debe manterse ao mínimo para todas as aliñacións.O efecto da diafonía pódese minimizar se o ancho entre liñas paralelas é o dobre do ancho das liñas.Por exemplo, se o ancho da liña é de 5 mils, a distancia mínima entre dúas liñas paralelas debe ser de 10 mils ou máis.
A medida que seguen aparecendo novos materiais e compoñentes, os deseñadores de PCB tamén deben seguir xestionando problemas de EMC e interferencias.
2. Capacitores de desacoplamento
Os capacitores de desacoplamento reducen os efectos indesexables da diafonía.Deben estar situados entre os pinos de alimentación e de terra do dispositivo, o que garante unha baixa impedancia de CA e reduce o ruído e a diafonía.Para conseguir unha baixa impedancia nun amplo rango de frecuencias, débense empregar varios capacitores de desacoplamento.
Un principio importante para colocar capacitores de desacoplamento é que o capacitor co menor valor de capacitancia colócase o máis preto posible do dispositivo para reducir os efectos indutivos nos aliñamentos.Este capacitor en particular debe colocarse o máis preto posible dos pinos da fonte de alimentación do dispositivo ou da canalización da fonte de alimentación e as almofadas do capacitor deben conectarse directamente á vía ou ao nivel do chan.Se o aliñamento é longo, use varias vías para minimizar a impedancia do chan.
3. Conexión a terra do PCB
Unha forma importante de reducir a EMI é deseñar a capa de posta a terra do PCB.O primeiro paso é facer que a área de conexión a terra sexa o máis grande posible dentro da área total da placa PCB para que se poidan reducir as emisións, a diafonía e o ruído.Débese ter especial coidado ao conectar cada compoñente a un punto de terra ou unha capa de terra, sen o cal o efecto neutralizador dunha capa de terra fiable non se pode aproveitar completamente.
Un deseño de PCB particularmente complexo ten varias tensións estables.Idealmente, cada voltaxe de referencia ten a súa propia capa de posta a terra correspondente.Non obstante, demasiadas capas de conexión a terra aumentarían os custos de fabricación do PCB e o farían demasiado caro.Un compromiso é usar capas de conexión a terra en tres ou cinco lugares diferentes, cada un dos cales pode conter varias seccións de conexión a terra.Isto non só controla o custo de fabricación da placa, senón que tamén reduce EMI e EMC.
Un sistema de posta a terra de baixa impedancia é importante para minimizar a EMC.Nunha PCB multicapa é preferible ter unha capa de conexión a terra fiable en lugar dun bloque de equilibrio de cobre (ladro de cobre) ou unha capa de posta a terra dispersa xa que ten unha impedancia baixa, proporciona un camiño de corrente e é a mellor fonte de sinais inversos.
O tempo que tarda o sinal en volver ao chan tamén é moi importante.O tempo que tarda o sinal en viaxar cara e dende a fonte debe ser comparable, se non, producirase un fenómeno similar a unha antena, que permitirá que a enerxía irradiada pase a formar parte do EMI.Do mesmo xeito, o aliñamento da corrente a/desde a fonte de sinal debe ser o máis curto posible, se os camiños de orixe e retorno non teñen a mesma lonxitude, producirase un rebote no chan e isto tamén xerará EMI.
4. Evita ángulos de 90°
Para reducir a EMI, debe evitarse o aliñamento, vías e outros compoñentes para formar un ángulo de 90°, porque un ángulo recto xerará radiación.Para evitar un ángulo de 90 °, o aliñamento debe ser de polo menos dous cables de ángulo de 45 ° para a esquina.
5. Hai que ter coidado co uso do burato
En case todos os esquemas de PCB, os vias deben usarse para proporcionar unha conexión condutora entre as diferentes capas.Nalgúns casos, tamén producen reflexos, xa que a impedancia característica cambia cando se crean os vias no aliñamento.
Tamén é importante lembrar que as vías aumentan a lonxitude do aliñamento e deben coincidir.No caso de aliñacións diferenciais, deben evitarse sempre que sexa posible.Se isto non se pode evitar, deberían utilizarse vías en ambas as aliñacións para compensar os atrasos nos camiños de sinal e de retorno.
6. Cables e apantallamento físico
Os cables que transportan circuítos dixitais e correntes analóxicas poden xerar capacitancia e inductancia parasitarias, causando moitos problemas relacionados con EMC.Se se utilizan cables de par trenzado, mantense un baixo nivel de acoplamento e elimínanse os campos magnéticos xerados.Para os sinais de alta frecuencia, débense utilizar cables apantallados, coa súa parte frontal e posterior conectadas a terra, para eliminar as interferencias EMI.
A blindaxe física é o envolvemento da totalidade ou dunha parte do sistema nun paquete metálico para evitar que EMI entre no circuíto da PCB.Este blindaxe actúa como un capacitor pechado condutor de terra, reducindo o tamaño do bucle da antena e absorbendo EMI.
Hora de publicación: 23-nov-2022