Blogue PCB - Compétences en conception de carte PCB EMC

La compatibilité électromagnétique est étroitement liée à la production, la transmission et la réception de l'énergie électromagnétique et n'est pas nécessaire dans la conception de la carte PCB. L'énergie électromagnétique provient de plusieurs sources mélangées entre elles, de sorte qu'un soin particulier doit être pris pour s'assurer que les différents signaux sont compatibles et n'interfèrent pas les uns avec les autres lorsque différents circuits, traces, trous et matériaux de carte PCB fonctionnent ensemble. L'EMI, d'autre part, est l'effet destructeur produit par l'EMC ou l'énergie électromagnétique indésirable. Dans cet environnement électromagnétique, les concepteurs de cartes PCB doivent s'assurer que la production d'énergie électromagnétique est réduite, ce qui crée des interférences.

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

1. Carte PCB mise à la terre

Un moyen important de réduire l'EMI est de concevoir le plan de masse de la carte PCB. La première étape consiste à rendre la surface de mise à la terre aussi grande que possible dans la surface totale de la carte PCB, réduisant ainsi les émissions, la diaphonie et le bruit. Un soin particulier doit être pris lors de la fixation de chaque composant à un point de mise à la terre ou à un point de mise à la terre, sinon l'effet neutralisant d'un point de mise à la terre fiable ne peut pas être pleinement exploité.

La conception particulièrement complexe de la carte PCB a plusieurs tensions stables. Idéalement, chaque tension de référence a son propre plan de masse correspondant. Cependant, si le plan de masse est excessif, cela augmente le coût de fabrication de la carte PCB et rend le prix excessif. Le compromis est d'utiliser un plan de masse en trois à cinq endroits différents, chaque emplacement pouvant contenir plusieurs portions de masse. 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 réaliser une CEM. Dans un PCB multicouche, il existe un plan de masse solide, plutôt que de voler du cuivre ou de diffuser un plan de masse, car il a une faible impédance, fournit un chemin de courant et est une source de signal inverse. La durée nécessaire au retour du signal au sol est également très importante. Les temps d'arrivée et de sortie du signal de la source doivent être comparables, sinon, un phénomène de type antenne se produit et l'énergie rayonnée devient une partie de l'EMI. De plus, les traces qui acheminent le courant vers / depuis la source du signal doivent être aussi courtes que possible, et si les longueurs de la source et du chemin de retour ne sont pas égales, un rebond de masse se produit, ce qui crée également un EMI. Si les temps d'entrée et de sortie du signal de la source ne sont pas synchronisés, un phénomène semblable à une antenne se produit, rayonnant de l'énergie et provoquant un EMI

2. Différencier EMI

Comme EMI est différent, une bonne règle de conception EMC est de séparer les circuits analogiques et numériques. Les circuits analogiques avec des ampères ou des courants plus élevés doivent être éloignés des traces à grande vitesse ou des signaux de commutation. Si possible, il doit être protégé par un signal de terre. Sur un PCB multicouche, les traces analogiques doivent être câblées sur un plan de masse, tandis que les interrupteurs ou les traces à grande vitesse doivent être sur l'autre plan de masse. Les signaux de caractéristiques différentes sont ainsi séparés. Un filtre passe - Bas peut parfois être utilisé pour éliminer le bruit haute fréquence couplé aux traces environnantes. Le filtre supprime le bruit et renvoie un courant stable. Il est important de séparer les couches de terre des signaux analogiques et numériques. Étant donné que les circuits analogiques et numériques ont leurs 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 cartes PCB accordent une attention particulière aux signaux et aux horloges à grande vitesse. À grande vitesse, le signal et l'horloge doivent être aussi courts que possible et adjacents au plan de masse, car, comme indiqué précédemment, le plan de masse maintient la diaphonie, le bruit et le rayonnement sous contrôle.

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

3. Les traces de diaphonie sont la clé

Les traces sont particulièrement importantes pour assurer un flux de courant approprié. Il est particulièrement important de maintenir le courant séparé du plan de masse ou de ne pas le mettre en parallèle avec une autre trace 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 rester court et le chemin de courant de retour doit être aussi court que possible. La longueur de la piste de chemin de retour doit être la même que celle de la piste de transmission. Pour EMI, l’un est appelé « trajectoire de l’agresseur » et l’autre « trajectoire de la victime ». En raison de la présence d'un champ électromagnétique, le couplage inductif et capacitif affecte la trace de la « victime», créant des courants avant et arrière sur la « trace de la victime». De cette façon, des ondulations sont générées dans un environnement stable où les longueurs d'émission et de réception du signal sont presque égales. Dans un environnement bien équilibré avec des traces stables, les courants induits doivent s'annuler mutuellement pour éliminer la diaphonie. Cependant, nous vivons dans un monde imparfait où de telles choses ne se produisent pas. L'objectif doit donc être de maintenir le niveau de diaphonie de toutes les traces. Si la largeur entre les pistes parallèles est le double de la largeur des pistes, vous pouvez réduire l'impact de la diaphonie. Par exemple, si la largeur de la piste est de 5 mils, la distance entre deux pistes parallèles devrait être de 10 mils ou plus. Alors que de nouveaux matériaux et de nouveaux composants continuent d'apparaître, les concepteurs de cartes PCB doivent également continuer à faire face aux problèmes de compatibilité électromagnétique et d'interférence.

4. Condensateur de découplage

Un condensateur de découplage réduit les effets indésirables de la diaphonie et doit être placé entre la broche d'alimentation et la broche de terre de l'appareil pour assurer une faible impédance AC, réduire le bruit et la diaphonie. Pour obtenir une faible impédance sur une large gamme de fréquences, plusieurs condensateurs de découplage doivent être utilisés. Une règle de base importante pour placer un condensateur de découplage est de placer le condensateur de valeur le plus près possible de l'appareil afin de réduire l'effet inductif sur les traces. Ce condensateur particulier est placé le plus près possible de la broche d'alimentation ou de la trace d'alimentation du dispositif et relie directement les Plots du condensateur au sur - trou ou au plan de masse. Si les traces sont longues, utilisez plusieurs trous pour former une impédance de terre.

5. Évitez l'angle de 90°

Pour réduire l'EMI, évitez les traces, les trous et autres composants formant un angle de 90°, car les angles droits peuvent produire des radiations. Dans ce coin, la capacité va augmenter et l'impédance caractéristique va changer, provoquant une réflexion qui à son tour va provoquer EMI. Pour éviter un angle de 90 °, les traces doivent être câblées dans les coins avec au moins deux angles de 45 °.

6. Utilisez les trous avec prudence

Dans presque toutes les mises en page de carte PCB, les Vias doivent être utilisés pour fournir des connexions conductrices entre les différentes couches. Les ingénieurs de mise en page de PCB doivent être particulièrement prudents, car les porosités excessives créent une inductance et une capacité. Dans certains cas, ils créent également des réflexions, car l'impédance caractéristique change lorsque des trous dans les traces sont formés. Gardez également à l'esprit que les trous excessifs augmentent la longueur des traces et qu'une correspondance est nécessaire. Dans le cas de traces différentielles, les trous excessifs doivent être évités autant que possible. Si cela est inévitable, des trous dans les deux traces doivent être utilisés pour compenser le retard dans le signal et la voie de retour.

7. Câble / blindage physique

Les câbles transportant des circuits numériques et des courants analogiques créent des capacités 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 à haute fréquence, il est nécessaire d'utiliser un câble blindé avec une face avant et un arrière - plan pour éliminer les interférences EMI. Le blindage physique est l'encapsulation de tout ou partie d'un système dans un boîtier métallique pour empêcher l'entrée d'EMI dans un circuit sur une carte PCB. Ce blindage agit comme un conteneur conducteur de terre fermé, réduisant la taille de la boucle d'antenne et absorbant l'EMI.