Поред избора компоненти и дизајна кола, добро штампаних плоча (ПЦБ) дизајн је такође веома важан фактор у електромагнетној компатибилности. Кључ ЕМЦ дизајна ПЦБ-а је да се што је више могуће смањи подручје повратног тока и пусти пут повратног тока да тече у правцу дизајна. Најчешћи проблеми повратне струје долазе од пукотина у референтној равни, промене слоја референтне равни и сигнала који тече кроз конектор. Кондензатори краткоспојника или кондензатори за раздвајање могу решити неке проблеме, али се мора узети у обзир укупна импеданса кондензатора, прелаза, јастучића и ожичења. Ово предавање ће представити ЕМЦ-ову технологију дизајна ПЦБ-а из три аспекта: стратегије наношења слојева ПЦБ-а, вештина постављања и правила ожичења.

Стратегија наношења слојева ПЦБ-а

Дебљина, преко процеса и број слојева у дизајну штампане плоче нису кључ за решавање проблема. Добро слојевито слагање је да обезбеди премосницу и раздвајање магистрале напајања и минимизира прелазни напон на слоју снаге или слоју уземљења. Кључ за заштиту од електромагнетног поља сигнала и напајања. Из перспективе трагова сигнала, добра стратегија слојевитости би требало да буде да се сви трагови сигнала ставе на један или више слојева, а ови слојеви су поред слоја снаге или слоја земље. За напајање, добра стратегија слојевитости треба да буде да је енергетски слој у близини слоја земље, а растојање између слоја енергије и слоја земље је што је могуће мање. То је оно што ми називамо стратегијом „слојевања“. У наставку ћемо посебно говорити о одличној стратегији наношења слојева ПЦБ-а. 1. Раван пројекције слоја ожичења треба да буде у области слоја равни равни за прелијевање. Ако слој ожичења није у подручју пројекције слоја равни за прелијевање, биће сигналне линије изван подручја пројекције током ожичења, што ће узроковати проблем “ивичног зрачења”, а такође ће узроковати повећање подручја сигналне петље , што резултира повећаним зрачењем диференцијалног мода . 2. Покушајте да избегнете постављање суседних слојева ожичења. Пошто паралелни трагови сигнала на суседним слојевима ожичења могу изазвати преслушавање сигнала, ако је немогуће избећи суседне слојеве ожичења, размак између два слоја ожичења треба да се повећа на одговарајући начин, а размак између слоја ожичења и његовог сигналног кола треба бити смањен. 3. Суседни равни слојеви треба да избегавају преклапање њихових равни пројекције. Јер када се пројекције преклапају, капацитивност спајања између слојева ће узроковати да се шум између слојева споји један са другим.

Дизајн вишеслојних плоча

Када фреквенција такта прелази 5МХз, или је време пораста сигнала мање од 5нс, да би се добро контролисала област сигналне петље, генерално је потребан дизајн вишеслојне плоче. При пројектовању вишеслојних плоча треба обратити пажњу на следеће принципе: 1. Кључни слој ожичења (слој где је линија сата, линија магистрале, линија сигнала интерфејса, линија радио фреквенције, сигнална линија за ресетовање, сигнална линија за избор чипа и различити контролни сигнали линије) треба да буду у близини целе равни уземљења, пожељно између две уземљене равни, као што је приказано на слици 1. Кључне сигналне линије су генерално јако зрачење или изузетно осетљиве сигналне линије. Ожичење близу уземљења може смањити површину сигналне петље, смањити интензитет зрачења или побољшати способност против сметњи.

Слика 1 Кључни слој ожичења је између две равни уземљења

2. Раван напајања треба да се увуче у односу на суседну уземљену раван (препоручена вредност 5Х～20Х). Повлачење равни снаге у односу на њену повратну уземљену раван може ефикасно потиснути проблем „ивичног зрачења“.

Поред тога, главна радна раван напајања плоче (најчешће коришћена раван напајања) треба да буде близу њене равни уземљења како би се ефективно смањила област петље струје напајања, као што је приказано на слици 3.

Слика 3 Напонски план треба да буде близу уземљења

3. Да ли нема сигналне линије ≥50МХз на ГОРЊЕМ и ДОЊЕМ слоју плоче. Ако је тако, најбоље је да прошетате високофреквентни сигнал између два равна слоја да бисте потиснули његово зрачење у свемир.

Дизајн једнослојне плоче и двослојне плоче

За пројектовање једнослојних и двослојних плоча треба обратити пажњу на пројектовање кључних сигналних водова и далековода. Мора постојати жица за уземљење поред и паралелно са трагом напајања да би се смањила површина струјне петље. „Линија водећег уземљења“ треба да буде постављена са обе стране кључне сигналне линије једнослојне плоче, као што је приказано на слици 4. Раван пројекције кључне сигналне линије двослојне плоче треба да има велику површину земље , или истим методом као и једнослојна плоча, дизајнирајте „Гуиде Гроунд Лине“, као што је приказано на слици 5. „Заштитна уземљива жица“ са обе стране кључне сигналне линије може смањити подручје сигналне петље с једне стране, и такође спречавају преслушавање између сигналне линије и других сигналних линија.

Генерално, слојевитост ПЦБ плоче може се дизајнирати према следећој табели.

Вештине постављања ПЦБ-а

Када дизајнирате распоред ПЦБ-а, у потпуности се придржавајте принципа дизајна постављања у праву линију дуж правца тока сигнала и покушајте да избегнете петље напред-назад, као што је приказано на слици 6. Ово може избећи директно спајање сигнала и утицати на квалитет сигнала. Поред тога, да би се спречиле међусобне сметње и спреге између кола и електронских компоненти, постављање кола и распоред компоненти треба да следи следеће принципе:

1. Ако је интерфејс „чисто уземљење“ пројектован на плочи, компоненте за филтрирање и изолацију треба да буду постављене на изолационом појасу између „чистог тла“ и радног тла. Ово може спречити да се уређаји за филтрирање или изолацију спајају један са другим кроз равни слој, што слаби ефекат. Осим тога, на „чистом терену“, осим уређаја за филтрирање и заштиту, не могу се постављати други уређаји. 2. Када је више склопова модула постављено на исту штампану плочу, дигитална кола и аналогна кола, као и кола велике и мале брзине треба да буду одвојено постављени како би се избегла међусобна сметња између дигиталних кола, аналогних кола, кола велике брзине и кола мале брзине. Поред тога, када кола велике, средње и мале брзине постоје на плочи у исто време, како би се спречило да шум кола високе фреквенције зрачи напоље кроз интерфејс.

3. Коло филтера улазног порта за напајање на плочи треба да буде постављено близу интерфејса како би се спречило да се коло које је филтрирано поново споји.

Слика 8 Филтерско коло улазног порта за напајање треба да буде постављено близу интерфејса

4. Компоненте за филтрирање, заштиту и изолацију кола интерфејса постављене су близу интерфејса, као што је приказано на слици 9, чиме се ефикасно могу постићи ефекти заштите, филтрирања и изолације. Ако на интерфејсу постоји и филтер и заштитно коло, треба се придржавати принципа прво заштите, а затим филтрирања. Пошто се заштитно коло користи за спољно сузбијање пренапона и прекомерне струје, ако се заштитни круг постави иза филтерског кола, коло филтера ће бити оштећено пренапоном и прекомерном струјом. Поред тога, пошто ће улазне и излазне линије кола ослабити ефекат филтрирања, изолације или заштите када су спојене једна са другом, уверите се да улазне и излазне линије филтерског кола (филтера), изолационог и заштитног кола не буду упарите једни с другима током распореда.

5. Осетљива кола или уређаји (као што су кола за ресетовање, итд.) треба да буду најмање 1000 ми удаљени од сваке ивице плоче, посебно ивице интерфејса плоче.

6. Кондензатори за складиштење енергије и високофреквентни филтер треба да буду постављени у близини кола јединице или уређаја са великим променама струје (као што су улазни и излазни терминали модула за напајање, вентилатори и релеји) како би се смањила област петље на велика струјна петља.

7. Компоненте филтера морају бити постављене једна поред друге како би се спречило поновно ометање филтрираног кола.

8. Држите уређаје са јаким зрачењем као што су кристали, кристални осцилатори, релеји и прекидачки извори напајања најмање 1000 миља удаљени од конектора интерфејса плоче. На овај начин, сметње се могу емитовати директно или струја може бити спојена на излазни кабл да би се емитовала напоље.

Правила ожичења ПЦБ-а

Поред избора компоненти и дизајна кола, добро ожичење штампаних плоча (ПЦБ) је такође веома важан фактор у електромагнетној компатибилности. Пошто је ПЦБ инхерентна компонента система, побољшање електромагнетне компатибилности у ПЦБ ожичењу неће донети додатне трошкове за коначни завршетак производа. Свако треба да запамти да лош распоред ПЦБ-а може изазвати више проблема са електромагнетном компатибилношћу, уместо да их елиминише. У многим случајевима, чак и додавање филтера и компоненти не може решити ове проблеме. На крају, цела плоча је морала да буде поново ожичена. Због тога је то најисплативији начин да се на почетку развију добре навике ожичења ПЦБ-а. У наставку ће бити представљена нека општа правила ожичења ПЦБ-а и стратегије пројектовања електричних водова, уземљења и сигналних водова. Коначно, у складу са овим правилима, предложене су мере побољшања за типично коло за штампану плочу клима уређаја. 1. Раздвајање ожичења Функција раздвајања ожичења је да минимизира преслушавање и спајање шума између суседних кола у истом слоју штампане плоче. Спецификација 3В наводи да сви сигнали (сат, видео, аудио, ресетовање, итд.) морају бити изоловани од линије до линије, ивице до ивице, као што је приказано на слици 10. Да би се додатно смањила магнетна спрега, референтно уземљење је постављен близу кључног сигнала да би се изоловао шум спреге који стварају друге сигналне линије.

2. Подешавање заштитне и ранжирне линије Снажна и заштитна линија је веома ефикасан метод за изоловање и заштиту кључних сигнала, као што су сигнали системског такта у бучном окружењу. На слици 21, паралелно или заштитно коло у ПЦБ је положено дуж кола кључног сигнала. Заштитно коло не само да изолује магнетни флукс спреге који генеришу друге сигналне линије, већ такође изолује кључне сигнале од спајања са другим сигналним линијама. Разлика између скинтног вода и заштитног вода је у томе што шант линија не мора бити прекинута (повезана са уземљењем), већ оба краја заштитног вода морају бити повезана са уземљењем. Да би се додатно смањило спајање, заштитно коло у вишеслојној штампаној плочи може се додати са путањом до земље сваки други сегмент.

3. Дизајн далековода је заснован на величини струје штампане плоче, а ширина далековода је што дебља да би се смањио отпор петље. У исто време, учините да правац далековода и земаљске линије буде у складу са смером преноса података, што помаже да се побољша способност заштите од буке. У једном или двоструком панелу, ако је далековод веома дугачак, кондензатор за раздвајање треба додати у земљу сваких 3000 мил, а вредност кондензатора је 10уФ+1000пФ.

Дизајн жице за уземљење

Принципи дизајна жице за уземљење су:

(1) Дигитално уземљење је одвојено од аналогног уземљења. Ако на плочи постоје и логичка кола и линеарна кола, треба их раздвојити што је више могуће. Уземљење нискофреквентног кола треба да буде паралелно уземљено у једној тачки што је више могуће. Када је стварно ожичење тешко, може се делимично повезати у серију, а затим паралелно уземљити. Високофреквентно коло треба да буде уземљено на више тачака у серији, жица за уземљење треба да буде кратка и изнајмљена, а уземљена фолија велике површине попут мреже треба да се користи око високофреквентне компоненте што је више могуће.

(2) Жица за уземљење треба да буде што дебља. Ако жица за уземљење користи веома затегнуту линију, потенцијал уземљења се мења са променом струје, што смањује перформансе против буке. Због тога жицу за уземљење треба подебљати тако да може да прође три пута већу од дозвољене струје на штампаној плочи. Ако је могуће, жица за уземљење треба да буде 2~3 мм или више.

(3) Жица за уземљење формира затворену петљу. За штампане плоче састављене само од дигиталних кола, већина њихових кола за уземљење је распоређена у петље како би се побољшала отпорност на буку.

Дизајн сигналне линије

За кључне сигналне линије, ако плоча има унутрашњи слој за ожичење сигнала, кључне сигналне линије као што су сатови треба да буду постављене на унутрашњи слој, а приоритет се даје пожељном слоју ожичења. Поред тога, кључни сигнални водови не смеју да се усмеравају преко подручја преграде, укључујући празнине у референтној равни узроковане везовима и јастучићима, иначе ће то довести до повећања површине сигналне петље. А линија кључног сигнала треба да буде више од 3Х од ивице референтне равни (Х је висина линије од референтне равни) да би се потиснуо ефекат ивичног зрачења. За линије такта, магистралне линије, радио фреквенцијске линије и друге сигналне линије јаког зрачења и сигналне линије за ресетовање, сигналне линије за одабир чипа, сигнале за контролу система и друге осетљиве сигналне линије, држите их даље од интерфејса и излазних сигналних линија. Ово спречава да се сметње на линији јаког зрачења споје са излазном сигналном линијом и емитују напоље; и такође избегава спољашње сметње које доводи излазна сигнална линија интерфејса од спајања на осетљиву сигналну линију, узрокујући погрешан рад система. Диференцијалне сигналне линије треба да буду на истом слоју, једнаке дужине и да се крећу паралелно, одржавајући импедансу конзистентном, и не би требало да постоји друго ожичење између диференцијалних водова. Пошто је импеданса заједничког мода пара диференцијалних линија осигурана да буде једнака, његова способност против сметњи може се побољшати. У складу са горњим правилима ожичења, типично коло за штампану плочу клима уређаја је побољшано и оптимизовано.