Thông tin PCB - Kỹ năng thiết kế bảng PCB EMC

EMC có liên quan chặt chẽ đến việc tạo, truyền và tiếp nhận năng lượng điện từ, và EMC không được mong đợi trong thiết kế bảng PCB. Năng lượng điện từ đến từ nhiều nguồn trộn với nhau, vì vậy phải cẩn thận đặc biệt để đảm bảo rằng khi các mạch, dấu vết, đường dẫn và vật liệu bảng PCB khác nhau làm việc cùng nhau, các tín hiệu khác nhau tương thích và không can thiệp với nhau. Mặt khác, EMI là một hiệu ứng phá hủy do EMC hoặc năng lượng điện từ không mong muốn. Trong môi trường điện từ này, nhà thiết kế bảng PCB phải đảm bảo rằng việc tạo ra năng lượng điện từ được giảm, gây nhiễu.

7 lời khuyên để tránh các vấn đề điện từ trong thiết kế bảng PCB

1. Bảng PCB đặt đất

Một cách quan trọng để giảm EMI là thiết kế phẳng mặt đất của bảng PCB. Bước đầu tiên là làm cho diện tích mặt đất lớn nhất có thể trong tổng diện tích của bảng PCB, làm giảm khí thải, crosstalk và tiếng ồn. Phải cẩn thận đặc biệt khi kết nối mỗi thành phần với một điểm mặt đất hoặc máy bay, nếu không, hiệu ứng trung lập của một máy bay mặt đất đáng tin cậy không thể được sử dụng đầy đủ.

Một thiết kế bảng PCB đặc biệt phức tạp có một số điện áp ổn định. Lý tưởng nhất, mỗi điện áp tham chiếu có phẳng mặt đất tương ứng của riêng nó. Tuy nhiên, nếu có quá nhiều máy bay mặt đất, nó sẽ làm tăng chi phí sản xuất của bảng PCB và làm cho giá quá cao. Thỏa hiệp là sử dụng máy bay mặt đất ở ba đến năm vị trí khác nhau, mỗi vị trí có thể chứa nhiều phần mặt đất. Điều này không chỉ kiểm soát chi phí sản xuất của bảng mạch mà còn giảm EMI và EMC. Một hệ thống đặt đất trở kháng thấp là quan trọng nếu EMC được đạt được. Trong một PCB đa lớp, có một phẳng mặt đất rắn, không phải là một phẳng mặt đất trộm cắp hoặc phân tán, bởi vì nó có trở kháng thấp, cung cấp một con đường hiện tại và là một nguồn tín hiệu ngược. Thời gian cần thiết để tín hiệu trở lại mặt đất cũng rất quan trọng. Thời gian cho tín hiệu đến và từ nguồn phải so sánh, nếu không, một hiện tượng giống như ăng ten xảy ra nơi năng lượng bức xạ trở thành một phần của EMI. Ngoài ra, dấu vết mang dòng điện đến / từ nguồn tín hiệu nên ngắn nhất có thể, nếu nguồn và đường dẫn trở lại không có chiều dài bằng nhau, sẽ có một sự nhảy lại mặt đất, cũng sẽ tạo ra EMI. Nếu thời gian của tín hiệu vào và rời khỏi nguồn không được đồng bộ hóa, một hiện tượng giống như ăng ten xảy ra, bức xạ năng lượng và gây ra EMI

2. phân biệt EMI

Vì EMI khác nhau, một quy tắc thiết kế EMC tốt là tách các mạch tương tự và kỹ thuật số. Các mạch tương tự có ampere hoặc dòng điện cao hơn nên được giữ xa các dấu vết tốc độ cao hoặc tín hiệu chuyển đổi. Nếu có thể, chúng nên được bảo vệ bằng một tín hiệu nằm ở mặt đất. Trên một PCB đa lớp, dấu vết tương tự nên được định tuyến trên một phạm vi mặt đất, trong khi dấu vết chuyển mạch hoặc tốc độ cao nên ở phạm vi khác. Do đó, các tín hiệu có đặc điểm khác nhau được tách ra. Một bộ lọc thông thấp đôi khi có thể được sử dụng để loại bỏ tiếng ồn tần số cao kết hợp với dấu vết xung quanh. Bộ lọc ức chế tiếng ồn và trả lại một dòng điện ổn định. Điều quan trọng là tách các phẳng mặt đất cho các tín hiệu tương tự và kỹ thuật số. Vì các mạch tương tự và kỹ thuật số có đặc điểm độc đáo của riêng họ, điều quan trọng là tách chúng. Tín hiệu kỹ thuật số nên có mặt đất kỹ thuật số, và tín hiệu tương tự nên kết thúc tại mặt đất tương tự. Trong thiết kế mạch kỹ thuật số, các kỹ sư thiết kế và bố trí bảng PCB có kinh nghiệm đặc biệt chú ý đến tín hiệu và đồng hồ tốc độ cao. Ở tốc độ cao, các tín hiệu và đồng hồ nên ngắn nhất có thể và liền kề với phẳng mặt đất bởi vì, như đã đề cập trước đây, phẳng mặt đất giữ cho crosstalk, tiếng ồn và bức xạ được kiểm soát.

Các tín hiệu kỹ thuật số cũng nên được giữ xa máy bay điện. Nếu khoảng cách gần, có thể tạo ra tiếng ồn hoặc cảm ứng, có thể làm suy yếu tín hiệu.

3. Dấu vết Crosstalk là chìa khóa

Dấu vết đặc biệt quan trọng để đảm bảo dòng chảy dòng điện thích hợp. Nếu dòng điện đến từ một bộ dao động hoặc thiết bị tương tự khác, điều đặc biệt quan trọng là giữ dòng điện tách khỏi phẳng mặt đất, hoặc không chạy dòng điện song song với một dấu vết khác. Hai tín hiệu tốc độ cao song song tạo ra EMC và EMI, đặc biệt là crosstalk. Con đường kháng cự phải được giữ ngắn và con đường hiện tại trở lại ngắn nhất có thể. Dấu vết đường dẫn trở lại phải có chiều dài tương tự như dấu vết truyền. Đối với EMI, một được gọi là "dấu vết của kẻ tấn công" và dấu vết khác là "dấu vết của nạn nhân". Khớp nối cảm ứng và điện dung có thể ảnh hưởng đến dấu vết "nạn nhân" do sự hiện diện của các trường điện từ, gây ra dòng điện về phía trước và ngược lại trên "dấu vết nạn nhân". Bằng cách này, sóng được tạo ra trong một môi trường ổn định nơi chiều dài truyền và nhận tín hiệu gần như bằng nhau. Trong một môi trường cân bằng tốt với dấu vết ổn định, các dòng điện gây ra nên hủy lẫn nhau để loại bỏ crosstalk. Tuy nhiên, chúng ta sống trong một thế giới không hoàn hảo, nơi những điều như vậy không xảy ra. Do đó, mục tiêu phải là giữ mức crosstalk cho tất cả các dấu vết. Nếu chiều rộng giữa các dấu vết song song là gấp đôi chiều rộng dấu vết, hiệu ứng của crosstalk có thể được giảm. Ví dụ, nếu chiều rộng dấu vết là 5 mils, khoảng cách giữa hai dấu vết song song nên là 10 mils hoặc nhiều hơn. Khi vật liệu mới và các thành phần mới tiếp tục xuất hiện, các nhà thiết kế bảng PCB cũng phải tiếp tục đối phó với các vấn đề tương thích điện từ và can thiệp.

4. Tụ nối

Tụ nối giảm tác dụng không mong muốn của crosstalk và nên được đặt giữa pin điện và mặt đất của thiết bị để đảm bảo trở kháng AC thấp, giảm tiếng ồn và crosstalk. Để đạt được trở kháng thấp trên một phạm vi tần số rộng, nên sử dụng nhiều tụ nối. Một quy tắc quan trọng để đặt tụ nối là đặt tụ giá trị càng gần thiết bị càng tốt để giảm tác dụng cảm ứng trên dấu vết. Tụ điện cụ thể này được đặt càng gần càng tốt với các chân điện hoặc dấu vết điện của thiết bị và kết nối các miếng của tụ điện trực tiếp với các đường dẫn hoặc phẳng mặt đất. Nếu dấu vết dài, sử dụng nhiều vias để tạo trở kháng mặt đất.

5. Tránh góc 90 °

Để giảm EMI, tránh dấu vết, đường và các thành phần khác tạo thành góc 90 °, vì góc thẳng sẽ tạo ra bức xạ. Tại góc này, công suất sẽ tăng và trở kháng đặc trưng sẽ thay đổi, gây ra phản xạ, do đó gây ra EMI. Để tránh các góc 90°, các dấu vết nên được định tuyến đến các góc với ít nhất hai góc 45°.

6. Sử dụng vias tiết kiệm

Trong hầu hết các bố trí bảng PCB, vias phải được sử dụng để cung cấp các kết nối dẫn điện giữa các lớp khác nhau. Kỹ sư bố trí PCB cần đặc biệt cẩn thận bởi vì vias tạo ra điện cảm và điện dung. Trong một số trường hợp, chúng cũng tạo ra phản xạ bởi vì trở kháng đặc trưng thay đổi khi vias được thực hiện trong dấu vết. Ngoài ra hãy nhớ rằng vias tăng chiều dài dấu vết và cần phải được phù hợp. Trong trường hợp có dấu vết khác biệt, vias nên tránh càng nhiều càng tốt. Nếu không thể tránh khỏi, vias nên được sử dụng trong cả hai dấu vết để bù đắp cho sự chậm trễ trong tín hiệu và đường dẫn trở lại.

7. Cáp / Bảo vệ vật lý

Cáp mang các mạch kỹ thuật số và dòng tương tự tạo ra công suất ký sinh trùng và điện cảm gây ra nhiều vấn đề liên quan đến EMC. Nếu sử dụng cáp cặp xoắn, mức nối được giữ thấp, loại bỏ từ trường kết quả. Đối với tín hiệu tần số cao, phải sử dụng cáp che chắn, với cả phía trước và phía sau để loại bỏ sự can thiệp EMI. Bảo vệ vật lý là đóng gói toàn bộ hoặc một phần của hệ thống với một gói kim loại để ngăn chặn EMI nhập vào mạch trên bảng PCB. Kiên này hoạt động như một chứa dẫn điện đóng kín, giảm kích thước vòng ăng-ten và hấp thụ EMI.