http://www.actino.org - Podstawowe zasady projektowania obwodów drukowanych

| |
Administrator
Kategoria: /
Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na szybkie układy, projektowanie PCB staje znacznie trudniejsze. Wraz z projektem PCB, inżynierowie muszą wziąć pod uwagę kilka innych aspektów, które wpływają na układ podobny jak zużycie energii, rozmiar PCB, szum środowiskowy i EMC. Poniższe wskazówki opisują, jak projektanci urządzeń mogą zapobiec problemom z EMC w fazie projektowania PCB.
  1. Masy — niska indukcyjność układ masy jest najbardziej istotnym elementem podczas projektowania PCB. Maksymalizacji powierzchni masy zmniejsza indukcyjność masy w systemie, co z kolei zmniejsza emisję elektromagnetyczną i zjawisko przesłuchów. Sygnały mogą być połączone z masą za pomocą różnych metod. Zły projekt PCB jest taki, w którym elementy są połączone losowo do punktów naziemnych. Taka konstrukcja powoduje wysoką indukcyjność masy i prowadzi do nieuniknionych problemów. Zalecaną metodą jest wypełnienie powierzchnią masy, co zapewnia najniższą impedancję dla prądu powracającego z powrotem do źródła. Jednak wymaga ona dedykowanej warstwy PCB, co może być nie do zrealizowania dla płytek dwuwarstwowych. W takim przypadku projektanci zalecają zastosowanie siatki ekranującej, jak pokazano na rys 1a. Indukcyjność masy zależy w tym przypadku na odstępów pomiędzy liniami siatki.Sposób powracania sygnału do masy jest również bardzo ważny, bo gdy sygnał pokonuje dłuższą drogę, tworzy pętlę masy, która stanowi antenę i promieniuje energię. Tak więc, każda droga prądu z powrotem do źródła powinna być jak najkrótsza i musi być połączona bezpośrednio z płaszczyzną masy. Łączenie poszczególnych ścieżek mas, a następnie połączenie ich z płaszczyzną masy nie jest wskazane, ponieważ nie tylko zwiększa rozmiar bieżącej pętli, ale również zwiększa prawdopodobieństwo powstania tzw. zjawiska „ground bounce". Rysunek 1b przedstawia zalecany sposób łączenia elementów z płaszczyzną masy. Korzystanie z klatki Faradaya jest kolejnym mechanizmem redukcji problemów spowodowanych przez EMC. Klatka Faraday jest utworzona poprzez ekranowanie całego obwodu płytki drukowanej i nieprowadzenia żadnego sygnału poza tą granicą (patrz rys. 1C). Mechanizm ten ogranicza się emisję zakłóceń / na płytce wewnątrz i na zewnątrz granicy określonej przez ekran.
 
 
  1. Grupowanie podzespołów — w projekcje minimalizującym skutki zakłóceń, podzespoły na PCB muszą być grupowane według ich funkcji, takich jak układy analogowe, cyfrowe, sekcja zasilania, układy niskiej prędkości, szybkie i tak dalej. Ścieżki dla każdej grupy powinny pozostać w jej wyznaczonym obszarze. Dla sygnału przepływającego z jednego podsystemu do innego filtr powinien znajdować się w granicach podsystemów.
  2. Warstwy płytki — właściwy układ warstw jest istotny z punktu widzenia EMC. Jeśli stosuje się więcej niż dwie warstwy, to jedna warstwa powinna być cała użyta jako płaszczyzna masy. W przypadku płytki czterowarstwowej warstwy pod warstwą masy powinny być stosowana jako warstwa zasilania układu (rys. 2a przedstawia taki układ). Należy zwrócić uwagę na to, by warstwa masy była zawsze pomiędzy ścieżkami sygnału wysokiej częstotliwości i płaszczyzna obwodów zasilania. Jeżeli jest używana płytka dwuwarstwowa i pełna warstwa masy nie jest możliwa, należy stosować ścieżki masy. Jeżeli nie stosujemy oddzielnej powierzchni dla zasilania ścieżki masy powinny biegnąć równolegle ze ścieżkami zasilania.
  3. Układy cyfrowe — gdy mamy do czynienia z układami cyfrowych, szczególną uwagę należy zwrócić na zegary i inne sygnały o dużej szybkości. Ścieżki łączące takie sygnały powinny być jak najkrótsze i sąsiadować z powierzchnią masy, by ograniczyć promieniowanie i przesłuchy. Dla takich sygnałów inżynierowie powinni unikać przelotek oraz prowadzenia ścieżek na krawędzi PCB lub w pobliżu złączy. Sygnały te muszą być trzymane z dala od płaszczyzny zasilania, ponieważ są one zdolne do indukowania zakłóceń obwodów zasilania. Podczas prowadzenia ścieżek dla oscylatora, oprócz masy żadna ścieżka nie powinna biegnąć równolegle lub poniżej oscylatora, lub jego ścieżek. Oscylator powinien być również blisko odpowiednich układów. Warto również zauważyć, że zawsze następuje powrót prądu przez ścieżkę o najmniejszej reaktancji. Dlatego ścieżki masy prowadzące prąd zwrotny powinny być zbliżone do ścieżki powiązanego z nią sygnału, aby utrzymać obecną pętlę jak najkrótszą. Ścieżki przenoszące sygnały różnicowe powinny być zbliżone do siebie, aby efektywnie wykorzystywać ich zaletę, do anulowania pola magnetycznego.
  4. Sygnały zegarowe — ścieżki sygnałów zegarowych od źródła do urządzenia muszą być dopasowane, ponieważ gdy istnieje niedopasowanie impedancji, część sygnału zostaje odbita. Jeśli nie będzie odpowiedniego prowadzenia sygnału, to odbicia spowodują wypromieniowanie dużej ilości energii. Istnieje wiele form skutecznego dopasowania, w tym dopasowanie źródła, dopasowanie zakończenia itp.
  5. Układy analogowe — ścieżki sygnałów analogowych powinny być trzymane z dala od sygnałów szybkich lub przełączających i zawsze muszą być chronione sygnałem masy. Filtr dolnoprzepustowy należy zawsze stosować, aby pozbyć się z nich szumu o wysokiej częstotliwości . Ponadto, ważne jest, aby powierzchnie mas analogowych i cyfrowych podsystemów się nie łączyły.
 
  1. Kondensator blokujący — każdy szum na zasilaczu ma tendencję do zakłócania poprawnej pracy urządzenia. Ogólnie mówiąc, poziom szumu z zasilania ma dużą częstotliwość, a zatem kondensator blokujący lub kondensator odsprzegający są wymagane do filtrowania. Kondensator odsprzegający zapewnia niską impedancję ścieżki dla prądu o wysokiej częstotliwości. Prąd płynący ścieżką porusza się w kierunku masy, tworząc pętlę masy. Ta ścieżka powinna być ograniczona do minimalnie możliwego poziomu, poprzez umieszczenie kondensatora odsprzęgającego bardzo blisko układu (patrz rys. 2b). Duża pętla masy zwiększa promieniowanie i może działać jako potencjalne źródło zakłóceń EMC. Reaktancja idealnego kondensatora zbliża się do zera, wraz ze zwiększaniem się częstotliwości. Jednakże, nie ma czegoś takiego jak idealny kondensator ponadto, wyprowadzenia i obudowa układów dodają również indukcyjności. w celu poprawy efektu odsprzęgania powinny być stosowane kondensatory o niskiej ESL (Equivalent Series Inductance).
  2. Kable — większość problemów związanych z EMC jest spowodowane przez kable prowadzące sygnały cyfrowe, które działają jako anteny. Idealnie prąd przepływający poprzez kabel opuszcza go na drugim końcu. W rzeczywistości, pasożytnicze pojemności i indukcyjności emitują promieniowanie. Za pomocą skrętki można utrzymać sprzężenie na niskim poziomie anulując wszelkie indukowane pola magnetyczne. Gdy używany jest kabel taśmowy, musi być prowadzone wiele ścieżek masy. W przypadku sygnałów o wysokiej częstotliwości ekranowany kabel musi być stosowany tam, gdzie ekranowanie może być uziemione zarówno na początku, jak i na końcu przewodu.
  3. Przesłuch — przesłuch może istnieć między dwoma ścieżkami na PCB i jest funkcją indukcyjności wzajemnej i wzajemnej pojemności proporcjonalną do odległości między dwoma ścieżkami, współczynnika krawędzi i impedancji ścieżek. W systemach cyfrowych przesłuch spowodowany przez indukcyjności wzajemnej jest zazwyczaj większy niż przesłuch spowodowany pojemnością wzajemną. Indukcyjność wzajemna może być zmniejszona przez zwiększenie odległości między dwoma ścieżkami lub zmniejszenie odległości od powierzchni masy.
  4. Ekranowanie — Ekranowanie nie jest rozwiązaniem elektrycznym, ale mechanicznym podejściem do zmniejszenia zakłóceń. Obudowy metalowe (materiały przewodzące lub magnetyczne) stosuje się w celu zapobieżenia ucieczce EMI systemu. Osłona może być stosowane zarówno do pokrycia całego systemu lub jej część, w zależności od wymagań. Jest ona zamkniętym pojemnikiem przewodzącym połączonym z masą, co skutecznie zmniejsza rozmiar pętli anteny poprzez absorpcję i odbicie części promieniowania. W ten sposób działa również przegroda między dwoma regionami przestrzeni przez osłabianie energii promieniowania EM z jednego regionu do drugiego. Osłona zmniejsza EMI przez tłumienie pola elektromagnetycznego.

Strona actino.org używa plików cookies. Wymagana jest akceptacja. Polityka cookie