בתכנון PCB, תאימות אלקטרומגנטית (EMC) וההפרעות האלקטרומגנטיות הקשורות (EMI) היו באופן מסורתי שני כאבי ראש עיקריים למהנדסים, במיוחד בעיצובי המעגלים של היום וחבילות הרכיבים ממשיכות להתכווץ, יצרני OEM דורשים מערכות מהירות גבוהות יותר.במאמר זה, אשתף כיצד להימנע מבעיות אלקטרומגנטיות בתכנון PCB.
1. דיבור ויישור הם המוקד
יישור חשוב במיוחד כדי להבטיח זרימה נכונה של הזרם.אם הזרם מגיע ממתנד או מכשיר דומה אחר, חשוב במיוחד להפריד את הזרם משכבת הקרקע, או למנוע מהזרם לפעול במקביל ליישור אחר.שני אותות במהירות גבוהה במקביל יכולים ליצור EMC ו-EMI, במיוחד דיבור צלילי.חשוב לשמור על נתיבי הנגד קצרים ככל האפשר ואת נתיבי זרם החוזר קצרים ככל האפשר.אורך נתיב החזרה צריך להיות זהה לאורכו של נתיב השידור.
עבור EMI, נתיב אחד נקרא "נתיב ההפרה" והשני הוא "נתיב הקורבן".צימוד אינדוקטיבי וקיבולי משפיע על נתיב ה"קורבן" עקב נוכחותם של שדות אלקטרומגנטיים, ובכך יוצר זרמים קדימה ואחורה ב"נתיב הקורבן".בדרך זו, אדווה נוצרת בסביבה יציבה שבה אורכי השידור והקליטה של האות כמעט שווים.
בסביבה מאוזנת היטב עם יישורים יציבים, הזרמים המושרים צריכים לבטל זה את זה, ובכך לבטל דיבור.עם זאת, אנחנו נמצאים בעולם לא מושלם שבו דבר כזה לא קורה.לכן, המטרה שלנו היא שהצלבית חייבת להישמר למינימום עבור כל היישורים.ניתן למזער את ההשפעה של הצלבה אם הרוחב בין קווים מקבילים הוא כפול מרוחב הקווים.לדוגמה, אם רוחב הקו הוא 5 מיילים, המרחק המינימלי בין שני קווים מקבילים צריך להיות 10 מייל או יותר.
כאשר חומרים ורכיבים חדשים ממשיכים להופיע, מתכנני PCB חייבים להמשיך להתמודד גם עם בעיות EMC והפרעות.
2. ניתוק קבלים
ניתוק קבלים מפחיתים את ההשפעות הלא רצויות של הצלבה.הם צריכים להיות ממוקמים בין פיני הכוח והארקה של המכשיר, מה שמבטיח עכבת AC נמוכה ומפחית רעש ודיבור.כדי להשיג עכבה נמוכה בטווח תדרים רחב, יש להשתמש במספר קבלי ניתוק.
עיקרון חשוב להצבת קבלי ניתוק הוא שהקבל עם ערך הקיבול הנמוך ביותר ממוקם קרוב ככל האפשר למכשיר כדי להפחית השפעות אינדוקטיביות על היישורים.יש למקם את הקבל המסוים הזה קרוב ככל האפשר לפיני אספקת החשמל של המכשיר או למסלול אספקת הכוח ולחבר את הרפידות של הקבל ישירות למעברים או למפלס הקרקע.אם היישור ארוך, השתמש במספר חיבורים כדי למזער את עכבת האדמה.
3. הארקת ה-PCB
דרך חשובה להפחתת EMI היא לתכנן את שכבת הארקת PCB.הצעד הראשון הוא להפוך את שטח ההארקה לגדול ככל האפשר בתוך השטח הכולל של לוח ה-PCB כך שניתן להפחית פליטות, דיבור ורעש.יש לנקוט משנה זהירות בחיבור כל רכיב לנקודת הארקה או שכבת הארקה, שבלעדיה לא ניתן לנצל את האפקט המנטרל של שכבת הארקה אמינה במלואה.
לתכנון PCB מורכב במיוחד יש מספר מתחים יציבים.באופן אידיאלי, לכל מתח ייחוס יש שכבת הארקה מתאימה משלו.עם זאת, יותר מדי שכבות הארקה יגדילו את עלויות הייצור של ה-PCB ויהפכו אותו ליקר מדי.פשרה היא להשתמש בשכבות הארקה בשלושה עד חמישה מיקומים שונים, שכל אחד מהם יכול להכיל כמה קטעי הארקה.זה לא רק שולט בעלות הייצור של הלוח, אלא גם מפחית את EMI ו-EMC.
מערכת הארקה עם עכבה נמוכה חשובה אם יש למזער את ה-EMC.ב-PCB רב שכבתי עדיף שתהיה לו שכבת הארקה אמינה ולא בלוק איזון נחושת (גנבת נחושת) או שכבת הארקה מפוזרת שכן יש לה עכבה נמוכה, מספקת נתיב זרם ומהווה את המקור הטוב ביותר לאותות הפוכים.
גם משך הזמן שלוקח לאות לחזור לקרקע חשוב מאוד.הזמן שלוקח לאות לעבור אל המקור וממנו חייב להיות בר השוואה, אחרת תתרחש תופעה דמוית אנטנה, שתאפשר לאנרגיה המוקרנת להפוך לחלק מה-EMI.באופן דומה, יישור הזרם אל/ממקור האות צריך להיות קצר ככל האפשר, אם נתיבי המקור והחזרה אינם באורך שווה, תתרחש הקפצת קרקע וזה גם ייצור EMI.
4. הימנע מזוויות של 90°
כדי להפחית את ה-EMI, יש להימנע מהיישור, המעברים ורכיבים אחרים כדי ליצור זווית של 90°, מכיוון שזווית ישרה תיצור קרינה.כדי למנוע זווית של 90 מעלות, היישור צריך להיות לפחות שני חוטי זווית של 45 מעלות לפינה.
5. השימוש ב-over-hole צריך להיות זהיר
כמעט בכל פריסות ה-PCB, יש להשתמש ב-vias כדי לספק חיבור מוליך בין השכבות השונות.במקרים מסוימים, הם גם מייצרים השתקפויות, מכיוון שהעכבה האופיינית משתנה כאשר ה-vias נוצרים ביישור.
חשוב גם לזכור ש-vias מגדילים את אורך היישור וצריך להתאים אותם.במקרה של יישור דיפרנציאלי, יש להימנע מ-vias במידת האפשר.אם לא ניתן להימנע מכך, יש להשתמש ב-vias בשני היישורים כדי לפצות על עיכובים בנתיבי האות והחזרה.
6. כבלים ומיגון פיזי
כבלים הנושאים מעגלים דיגיטליים וזרמים אנלוגיים יכולים ליצור קיבול ושראות טפיליים, ולגרום לבעיות רבות הקשורות ל-EMC.אם משתמשים בכבלים בזוג מעוות, נשמרת רמה נמוכה של צימוד והשדות המגנטיים שנוצרים מתבטלים.עבור אותות בתדר גבוה, יש להשתמש בכבלים מסוככים, עם הארקה הקדמית והאחורית שלהם, כדי למנוע הפרעות EMI.
מיגון פיזי הוא עטיפה של המערכת כולה או חלקה באריזת מתכת כדי למנוע כניסת EMI למעגלי ה-PCB.מיגון זה פועל כמו קבל סגור ומוליך קרקע, מקטין את גודל לולאת האנטנה וסופג EMI.
זמן פרסום: 23 בנובמבר 2022