L'actualité PCB - Sept conseils: comment éviter les problèmes électromagnétiques de PCB?

La compatibilité électromagnétique (CEM) et les interférences électromagnétiques associées (EMI) ont toujours exigé l'attention des ingénieurs de conception de systèmes, en particulier des ingénieurs de conception et de mise en page de circuits imprimés, alors que la conception de cartes de circuits imprimés et l'emballage des composants se rétrécissent et que les OEM exigent des systèmes De plus en plus rapidement.

La CEM est étroitement liée à la production, la propagation et la réception de l'énergie électromagnétique et n'est pas souhaitable dans la conception de PCB. L'énergie électromagnétique provient de plusieurs sources et est mélangée entre elles, de sorte qu'un soin particulier doit être pris pour s'assurer que les signaux sont compatibles et qu'ils n'interfèrent pas les uns avec les autres lorsque différents circuits, câblage, perforations et matériaux PCB fonctionnent ensemble.

L'EMI, d'autre part, est un effet perturbateur causé par la CEM ou l'énergie électromagnétique non désirée. Dans cet environnement électromagnétique, les concepteurs de PCB doivent s'assurer que la production d'énergie électromagnétique est réduite pour créer des interférences.

Voici 7 conseils pour éviter les problèmes électromagnétiques dans la conception de PCB:

Astuce 1: mettre le PCB à la terre

Un moyen important de réduire l'EMI est de concevoir la mise à la terre du PCB. L'étape consiste à rendre la zone de mise à la terre dans la zone totale de la carte PCB aussi grande que possible, ce qui permet de réduire les émissions, la diaphonie et le bruit. Le soin doit être pris lors de la fixation de chaque composant au sol ou à la couche de mise à la terre, sinon la neutralisation fiable de la couche de mise à la terre ne peut pas être pleinement exploitée.

Les conceptions de PCB particulièrement complexes ont plusieurs tensions stables. Idéalement, chaque tension de référence a sa propre couche de terre. Cependant, s'il y a trop de couches de mise à la terre, cela augmente le coût de fabrication du PCB et rend le prix excessif. Le compromis est d'utiliser une couche de mise à la terre en trois à cinq endroits différents, chaque emplacement pouvant contenir plusieurs sections de mise à la terre. Cela permet non seulement de contrôler les coûts de fabrication des cartes, mais aussi de réduire l'EMI et l'EMC.

Un système de mise à la terre à basse impédance est important si vous souhaitez mettre en œuvre la CEM. Sur un PCBs multicouche, il existe une couche de vol fiable plutôt qu'une couche de vol d'équilibrage de cuivre ou de diffusion, car elle a une faible impédance et peut fournir un chemin de courant comme source de signal inverse.

Pour résoudre les problèmes de CEM dans les PCBs multicouches, il existe une couche de vol solide au lieu d'une couche d'équilibre en cuivre ou d'une couche de vol dispersée.

Le temps qu'il faut pour que le signal revienne sur terre est également important. Le temps entre le signal et la source doit être égal; Sinon, un phénomène de type antenne apparaîtra et l'énergie rayonnée fera partie de l'EMI. De même, le chemin du courant vers / depuis la source du signal doit être aussi court que possible. Si les longueurs des chemins source et retour ne sont pas égales, un rebond à la terre se produit, ce qui produit également un EMI.

Si le temps d'entrée et de sortie du signal de la source du signal n'est pas synchronisé, un phénomène semblable à une antenne se produit, rayonnant de l'énergie et provoquant un EMI.

Astuce 2: différencier EMI

En raison de la différence EMI, une bonne règle de conception EMC est de séparer les circuits analogiques et numériques. Les circuits analogiques avec des ampères ou des courants élevés doivent être éloignés du câblage à grande vitesse ou des signaux de commutation. Si possible, ils devraient être protégés par un signal de terre. Sur un PCBs multicouche, le câblage analogique doit être à une mise à la terre et un câblage de commutation ou haut

Le câblage de vitesse H doit être sur l'autre terre. En conséquence, les signaux de nature différente sont séparés.

Le bruit haute fréquence couplé aux routes environnantes peut parfois être éliminé avec un filtre passe - Bas. Le filtre peut supprimer le bruit et renvoyer un courant stable. Il est important de séparer la mise à la terre des signaux analogiques et numériques. Étant donné que les circuits analogiques et numériques ont des caractéristiques uniques, il est important de les séparer. Le signal numérique doit avoir une mise à la terre numérique et le signal analogique doit se terminer par une mise à la terre analogique.

Dans la conception de circuits numériques, les ingénieurs expérimentés de conception et de mise en page de PCB accordent une attention particulière aux signaux et aux horloges à grande vitesse. À haute vitesse, le signal et l'horloge doivent être aussi courts que possible et proches du sol, ce qui, comme indiqué précédemment, maintient la diaphonie, le bruit et le rayonnement dans des limites contrôlables.

Le signal numérique doit également être éloigné du plan d'alimentation. Si la distance est trop proche, il peut y avoir un bruit ou une induction qui affaiblit le signal.

Astuce 3: la diaphonie et le câblage sont au Centre

Le câblage est particulièrement important pour assurer la circulation normale du courant. Il est particulièrement important de maintenir le courant séparé de la masse ou de ne pas le mettre en parallèle avec une autre ligne si le courant provient d'un oscillateur ou d'un autre dispositif similaire. Deux signaux haute vitesse parallèles produisent EMC et EMI, en particulier la diaphonie. Le chemin de résistance doit être court et le chemin de courant de retour aussi court que possible. La longueur de l'itinéraire de retour doit être la même que celle de l'itinéraire d'envoi.

Pour les interférences électromagnétiques, l'une est appelée « câblage intrusif» et l'autre « câblage victime». En raison de la présence d'un champ électromagnétique, le couplage inductif et capacitif affecte le câblage de la « victime», ce qui crée des courants avant et arrière sur le « câblage de la victime». De cette façon, une ondulation est générée dans un environnement stable où les longueurs des signaux émis et reçus sont presque égales.

Dans un environnement de câblage équilibré et stable, les courants induits doivent s'annuler pour éliminer la diaphonie. Mais nous vivons dans un monde imparfait et cela ne se produit pas. L'objectif doit donc être de maintenir toute diaphonie au même niveau. Si la largeur entre les lignes parallèles est le double de celle des lignes, l'effet de la diaphonie peut être réduit à, par exemple, si la largeur des lignes est de 5 mils, la distance entre deux lignes parallèles devrait être de 10 mils ou plus.

Avec l'avènement de nouveaux matériaux et composants, les concepteurs de PCB doivent également poursuivre leurs efforts pour résoudre les problèmes de compatibilité électromagnétique et d'interférence.

Astuce 4: découpler les condensateurs

Les condensateurs de découplage peuvent réduire les effets néfastes de la diaphonie. Ils doivent être situés entre les broches d'alimentation et de terre de l'appareil pour assurer une faible impédance AC et réduire le bruit et la diaphonie. Pour obtenir une faible impédance sur une large gamme de fréquences, plusieurs condensateurs de découplage doivent être utilisés.

La diaphonie peut être réduite en utilisant des condensateurs de découplage autour de la matrice à mailles sphériques. (Image: nexlogic) un principe important pour placer des condensateurs de découplage est de placer les valeurs de capacité le plus près possible des condensateurs de l'appareil afin de réduire l'impact inductif sur le câblage. Ce condensateur particulier est placé le plus près possible de la broche d'alimentation ou du câble d'alimentation de l'appareil, les Plots du condensateur étant directement connectés au via ou à la masse. Si le câble est plus long, utilisez plusieurs Vias pour assurer l'impédance de mise à la terre.

Astuce 5: évitez les angles de 90°

Pour réduire l'EMI, évitez le câblage, les perforations et d'autres composants formant un angle de 90 °, car les angles droits peuvent produire des radiations. Sous cet angle, la capacité augmentera et l'impédance caractéristique changera, ce qui entraînera une réflexion et donc un EMI. Pour éviter un angle de 90 °, le câblage doit faire au moins deux angles de 45 ° par rapport à l'angle.

Astuce 6: utilisez les trous avec précaution

Dans presque toutes les mises en page de PCB, des perforations doivent être utilisées pour assurer la connexion conductrice entre les différentes couches. Les ingénieurs de mise en page de PCB doivent être particulièrement prudents en raison de l'inductance et de la capacité générées à travers les trous. Dans certains cas, ils sont également réfléchissants, car l'impédance caractéristique change avec les trous dans le câblage.

Rappelez - vous également que les perforations augmentent la longueur de la ligne et doivent être assorties. Si le câblage différentiel est utilisé, les trous traversants doivent être évités autant que possible. Si cela ne peut être évité, des Vias doivent être utilisés dans les deux voies pour compenser le retard dans le signal et dans la voie de retour.

Astuce 7: câbles et blindage physique

Les câbles transportant des circuits numériques et des courants analogiques créent des condensateurs et des inductances parasites, ce qui entraîne de nombreux problèmes liés à la CEM. Si des paires Torsadées sont utilisées, le niveau de couplage reste faible, ce qui élimine le champ magnétique généré. Pour les signaux haute fréquence, l'avant et l'arrière du câble blindé doivent être mis à la terre pour éliminer les interférences EMI.

Un blindage physique est un boîtier métallique qui couvre tout ou partie d'un système et empêche l'entrée d'EMI dans un circuit PCB. Ce blindage joue le rôle d'un condensateur conducteur de masse fermé, réduisant la taille de la boucle d'antenne et absorbant l'EMI.