Notizie PCB - Sette consigli: come evitare problemi elettromagnetici PCB?

La compatibilità elettromagnetica (EMC) e le interferenze elettromagnetiche associate (EMI) hanno sempre richiesto gli occhi degli ingegneri di progettazione di sistemi, in particolare degli ingegneri di layout PCB e progettazione, poiché la progettazione di circuiti stampati e i pacchetti di componenti si restringono e Oems richiedono sistemi sempre più veloci.

EMC è strettamente correlato alla generazione, alla propagazione e alla ricezione di energia elettromagnetica e non è desiderabile nella progettazione di PCB. L'energia elettromagnetica proviene da più fonti e viene mescolata insieme, quindi è necessario prestare particolare attenzione per garantire che i segnali siano compatibili e non interferiscano tra loro quando diversi circuiti, cablaggi, perforazioni e materiali PCB lavorano insieme.

L'EMI, d'altra parte, è un effetto distruttivo causato dall'EMC o dall'energia elettromagnetica indesiderata. In questo ambiente elettromagnetico, i progettisti di PCB devono garantire che la generazione di energia elettromagnetica sia ridotta per creare interferenze.

Ecco 7 consigli per evitare problemi elettromagnetici nella progettazione PCB:

Suggerimento 1: Macinare il PCB

Un modo importante per ridurre l'EMI è progettare la messa a terra del PCB. Il passo è quello di rendere l'area di messa a terra all'interno dell'area totale della scheda PCB il più grande possibile, che può ridurre le emissioni, il crosstalk e il rumore. Occorre prestare attenzione quando si collega ogni componente al suolo o allo strato di terra, altrimenti l'affidabile neutralizzazione dello strato di terra non può essere pienamente utilizzata.

Un design PCB particolarmente complesso ha diverse tensioni stabili. Idealmente, ogni tensione di riferimento ha il proprio strato di messa a terra. Tuttavia, se ci sono troppi strati di terra, aumenterà il costo di produzione del PCB e renderà il prezzo troppo alto. Il compromesso consiste nell'utilizzare strati di messa a terra in tre o cinque posizioni diverse, ognuna delle quali può contenere più sezioni di messa a terra. Questo non solo controlla il costo di produzione del circuito stampato, ma riduce anche EMI ed EMC.

I sistemi di messa a terra a bassa impedenza sono importanti per l'implementazione di EMC. Su PCB multistrato, c'è un affidabile strato di furto invece di un contrappeso di rame o strato di furto sparso in quanto ha bassa impedenza e può fornire percorsi correnti che sono la sorgente del segnale inverso.

Per affrontare i problemi EMC nei PCB multistrato, c'è un solido strato di furto invece di contrappeso di rame o strati di furto sparsi.

Anche il tempo necessario per il ritorno del segnale sulla terra è importante. Il tempo tra il segnale e la sorgente deve essere uguale; altrimenti, si verificherà un fenomeno simile all'antenna e l'energia irradiata diventerà parte dell'EMI. Analogamente, il percorso della corrente verso/dalla sorgente del segnale dovrebbe essere il più breve possibile. Se la lunghezza del percorso sorgente e del percorso di ritorno non sono uguali, ci sarà un bounce di messa a terra, che genererà anche EMI.

Se il tempo del segnale dentro e fuori dalla sorgente del segnale non è sincronizzato, si verificherà un fenomeno simile all'antenna, che irradia energia e provoca EMI.

Suggerimento 2: Distinguere l'IME

A causa delle differenze EMI, una buona regola di progettazione EMC è quella di separare circuiti analogici e digitali. I circuiti analogici con ampere elevate o alta corrente devono essere tenuti lontani dai segnali di cablaggio o commutazione ad alta velocità. Se possibile, dovrebbero essere protetti da segnali di terra. Su PCB multistrato, il cablaggio analogico dovrebbe essere su una messa a terra e switch cablaggio o hig

Il cablaggio ad alta velocità dovrebbe essere su un'altra messa a terra. Di conseguenza, i segnali di proprietà diverse vengono separati.

Il rumore ad alta frequenza associato al routing circostante può talvolta essere eliminato con un filtro passa basso. I filtri possono sopprimere il rumore e restituire una corrente costante. È importante separare la messa a terra dei segnali analogici e digitali. Poiché i circuiti analogici e digitali hanno caratteristiche uniche, è importante separarli. I segnali digitali devono avere messa a terra digitale e i segnali analogici devono terminare alla messa a terra analogica.

Nella progettazione di circuiti digitali, gli ingegneri esperti del layout PCB e del design prestano particolare attenzione ai segnali e agli orologi ad alta velocità. Ad alte velocità, il segnale e l'orologio dovrebbero essere il più brevi possibile e vicini al suolo, il che, come detto in precedenza, mantiene la conversazione incrociata, il rumore e le radiazioni entro limiti gestibili.

Anche i segnali digitali dovrebbero essere tenuti lontani dal piano di potenza. Se è troppo vicino, può produrre rumore o induzione, che può indebolire il segnale.

Suggerimento 3: conversazione incrociata e cablaggio sono al centro

Il cablaggio è particolarmente importante per garantire il normale flusso di corrente. Se la corrente proviene da un oscillatore o altro dispositivo simile, è particolarmente importante mantenere la corrente separata dalla messa a terra o non avere la corrente in parallelo con un'altra linea. Due segnali paralleli ad alta velocità possono produrre EMC ed EMI, in particolare crosstalk. Il percorso della resistenza deve essere breve e il percorso della corrente di ritorno il più breve possibile. La lunghezza del percorso di ritorno deve essere uguale a quella del percorso di invio.

Per EMI, uno è chiamato "cablaggio di intrusione" e l'altro è "cablaggio di vittimizzazione". L'accoppiamento di induttanza e capacità può influenzare il cablaggio "vittima" a causa della presenza di campi elettromagnetici, generando così correnti in avanti e indietro sul "cablaggio vittima". In questo modo, l'ondulazione viene prodotta in un ambiente stabile dove la lunghezza del segnale inviato e ricevuto è quasi uguale.

In un ambiente di cablaggio ben bilanciato e stabile, le correnti indotte dovrebbero annullarsi a vicenda per eliminare il crosstalk. Ma viviamo in un mondo imperfetto, e questo non succede. Pertanto, l'obiettivo deve essere quello di mantenere tutte le conversazioni incrociate in linea a un livello. Se la larghezza tra le linee parallele è il doppio della larghezza delle linee, l'effetto del crosstalk può essere ridotto a. Ad esempio, se la larghezza della linea è di 5 mil, la distanza tra due linee parallele dovrebbe essere di 10 mil o più.

I progettisti di PCB devono anche continuare ad affrontare problemi di emc e interferenza man mano che emergono nuovi materiali e componenti.

Suggerimento 4: disaccoppiamento dei condensatori

I condensatori di disaccoppiamento riducono gli effetti negativi del crosstalk. Dovrebbero essere posizionati tra i perni di alimentazione e terra del dispositivo per garantire una bassa impedenza CA e ridurre il rumore e la conversazione incrociata. Per ottenere una bassa impedenza su un'ampia gamma di frequenze, dovrebbero essere utilizzati condensatori multipli di disaccoppiamento.

La conversazione incrociata può essere ridotta utilizzando un condensatore di disaccoppiamento intorno a una griglia sferica. (Immagine: NexLogic) Un principio importante per posizionare condensatori di disaccoppiamento è quello di posizionare condensatori con valori di capacità il più vicino possibile al dispositivo per ridurre l'impatto induttivo sul cablaggio. Questo particolare condensatore è posizionato il più vicino possibile al perno di alimentazione o al cavo di alimentazione dell'apparecchiatura e il pad del condensatore è collegato direttamente al foro passante o al suolo. Se il cavo è lungo, utilizzare più fori passanti per garantire l'impedenza di messa a terra.

Suggerimento 5: Evitare angoli di 90°.

Per ridurre l'EMI, evitare angoli di 90° formati da cavi, perforazioni e altri componenti, perché l'angolo giusto genererà radiazioni. A questo angolo la capacità aumenterà e l'impedenza caratteristica cambierà, portando alla riflessione e quindi EMI. Per evitare angoli di 90°, il cablaggio deve essere instradato almeno due angoli di 45° agli angoli.

Suggerimento 6: Usare i fori con cautela

In quasi tutti i layout PCB, le perforazioni devono essere utilizzate per fornire una connessione conduttiva tra i diversi strati. Gli ingegneri di layout PCB devono essere particolarmente attenti a causa dell'induttanza e capacità generate attraverso i fori. In alcuni casi, riflettono anche perché l'impedenza caratteristica cambia quando vengono fatti fori nel cablaggio.

Tieni presente anche che le perforazioni aumentano la lunghezza della linea e devono essere abbinate. Se si utilizza un cablaggio differenziale, i fori passanti dovrebbero essere evitati per quanto possibile. Se ciò non può essere evitato, su entrambi i percorsi dovrebbero essere utilizzati fori passanti per compensare i ritardi nei percorsi di segnale e ritorno.

Suggerimento 7: Cavo e schermatura fisica

I cavi che trasportano circuiti digitali e correnti analogiche possono generare condensatori e induttori parassitari, causando molti problemi legati all'EMC. Se si utilizzano cavi a coppia attorcigliata, il livello di accoppiamento viene mantenuto basso, eliminando il campo magnetico risultante. Per i segnali ad alta frequenza, i cavi schermati devono essere messi a terra sia sulla parte anteriore che sul retro per eliminare le interferenze EMI.

La schermatura fisica è un pacchetto metallico che copre tutto o parte del sistema e impedisce all'EMI di entrare nel circuito PCB. Questa schermatura funge da contenitore conduttivo di messa a terra chiuso, riducendo le dimensioni del loop dell'antenna e assorbendo EMI.