Công nghệ PCB - Phương pháp thiết kế tương thích điện từ trong PCB

Phương pháp thiết kế tương thích điện từ (EMC) trong PCB, lựa chọn chất nền PCB và thiết lập số lượng lớp PCB, lựa chọn linh kiện điện tử và các đặc tính điện từ của linh kiện điện tử, bố trí các thành phần và chiều dài và chiều rộng của các đường nối giữa các thành phần đều hạn chế khả năng tương thích điện từ của PCB. Chip mạch tích hợp trên PCB là nguồn năng lượng chính cho nhiễu điện từ. Công nghệ điều khiển nhiễu điện từ (EMI) thông thường thường bao gồm: các yếu tố bố trí hợp lý, dây điều khiển hợp lý, cấu hình hợp lý dây nguồn, nối đất, điện dung lọc, che chắn và các biện pháp khác để ức chế nhiễu điện từ (EM I) rất hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn kỹ thuật.

1. Quy tắc dây trong thiết kế mạch kỹ thuật số tần số cao PCB tương thích điện từ (EMC)

Cáp tín hiệu kỹ thuật số tần số cao nên ngắn, thường nhỏ hơn 2 inch (5 cm), và càng ngắn càng tốt.

Đường tín hiệu chính được tập trung tốt nhất ở trung tâm của bảng PCB.

Mạch sản xuất đồng hồ phải gần trung tâm của bảng PCB và quạt đồng hồ phải được định tuyến bằng dây chuyền hoa cúc hoặc song song.

Đường dây điện phải được đặt càng xa hoặc cách xa đường dây tín hiệu kỹ thuật số tần số cao càng tốt. Phân phối nguồn điện phải có điện cảm thấp (thiết kế đa kênh). Lớp điện trong PCB nhiều lớp liền kề với lớp hình thành, tương đương với tụ điện, hoạt động như một bộ lọc. Dây điện và dây mặt đất trên cùng một lớp phải càng gần càng tốt. Các lá đồng xung quanh lớp điện nên được rút lại 20 lần khoảng cách giữa hai lớp phẳng để đảm bảo hệ thống có hiệu suất EMC tốt hơn. Mặt đất không nên bị chia cắt. Nếu đường tín hiệu tốc độ cao được chia trên mặt phẳng công suất, một số tụ điện cầu trở kháng thấp nên được đặt gần đường tín hiệu.

Các dây được sử dụng cho các thiết bị đầu cuối đầu vào và đầu ra nên cố gắng tránh liền kề và song song. Tốt nhất là thêm dây nối đất giữa các dây dẫn để tránh khớp nối phản hồi.

Khi lá đồng dày 50 micron và rộng 1-1,5 mm, qua dòng điện 2A, nhiệt độ của dây sẽ thấp hơn 3 độ C. Dây dẫn của bảng mạch PCB phải càng rộng càng tốt. Đối với các mạch tích hợp, đặc biệt là các đường tín hiệu cho các mạch kỹ thuật số, thường sử dụng chiều rộng đường từ 4 triệu đến 12 triệu. Dây nguồn và dây nối đất tốt nhất nên sử dụng dây có chiều rộng lớn hơn 40 triệu. Khoảng cách tối thiểu của dây chủ yếu được xác định bởi điện trở cách điện và điện áp sự cố giữa các dây, và trong trường hợp xấu nhất, khoảng cách dây lớn hơn 4mil thường được chọn. Để giảm nhiễu xuyên âm giữa các dây dẫn, khoảng cách giữa các dây có thể được tăng lên nếu cần thiết và dây nối đất có thể được chèn làm cách ly giữa các dây.

Trong tất cả các lớp của PCB, tín hiệu kỹ thuật số chỉ có thể được định tuyến trong phần kỹ thuật số của bảng mạch và tín hiệu analog chỉ có thể được định tuyến trong phần analog của bảng mạch. Việc nối đất cho các mạch tần số thấp nên được nối đất song song tại một điểm duy nhất càng nhiều càng tốt. Khi hệ thống dây thực tế khó khăn, nó có thể được nối liền một phần và sau đó nối đất song song. Để đạt được sự phân chia nguồn điện tương tự và kỹ thuật số, hệ thống dây điện không thể vượt qua khoảng cách giữa các nguồn điện được phân chia. Các đường tín hiệu phải đi qua khoảng cách giữa các nguồn phân phối phải được đặt trên một lớp cáp gần mặt đất rộng lớn.

Có hai vấn đề chính về khả năng tương thích điện từ gây ra bởi nguồn điện và mặt đất trong PCB, một là tiếng ồn nguồn và một là tiếng ồn mặt đất. Theo kích thước của dòng điện bảng mạch PCB, cố gắng mở rộng chiều rộng của dây nguồn và giảm điện trở vòng lặp. Đồng thời, làm cho hướng của dây nguồn và dây mặt đất phù hợp với hướng truyền dữ liệu, giúp tăng cường khả năng chống ồn. Hiện tại, tiếng ồn của nguồn điện và mặt phẳng nối đất chỉ có thể được đặt làm mặc định bởi các kỹ sư có kinh nghiệm, dựa trên kinh nghiệm của họ, bằng cách đo lường sản phẩm nguyên mẫu hoặc dung lượng của tụ điện tách rời.

2. Quy tắc bố trí trong thiết kế mạch kỹ thuật số tần số cao PCB tương thích điện từ (EMC)

Cách bố trí mạch phải giảm vòng lặp hiện tại và rút ngắn kết nối giữa các thành phần tần số cao càng nhiều càng tốt. Khoảng cách giữa các yếu tố nhạy cảm không nên quá gần nhau và các yếu tố đầu vào và đầu ra phải càng xa càng tốt.

Sắp xếp vị trí của các đơn vị mạch chức năng khác nhau theo quy trình mạch để bố trí thuận tiện cho việc lưu thông tín hiệu và giữ tín hiệu theo cùng một hướng càng nhiều càng tốt.

Với các thành phần cốt lõi của mỗi mạch chức năng làm trung tâm, bố trí xung quanh nó. Các thành phần phải được sắp xếp đồng đều, gọn gàng và nhỏ gọn trên PCB và kết nối dẫn giữa các thành phần nên được rút ngắn càng tốt.

PCB được chia thành các vùng mạch tương tự và kỹ thuật số độc lập và hợp lý, và bộ chuyển đổi A/D được đặt giữa các phân vùng.

Một trong những cách truyền thống để thiết kế khả năng tương thích điện từ PCB là cấu hình tụ điện tách rời thích hợp trong mỗi phần quan trọng của PCB.