Vyvarujte se elektromagnetických problémů při návrhu DPS (2)
Klíčové jsou přeslechy a stopy
Stopy jsou zvláště důležité pro zajištění správného toku proudu. Pokud proud pochází z oscilátoru nebo jiného podobného zařízení, je zvláště důležité udržovat proud oddělený od základní roviny nebo jej nespouštět paralelně s jinou stopou. Dva paralelní vysokorychlostní signály mohou generovat EMC a EMI, zejména přeslechy. Cesta odporu musí být minimalizována a cesta zpětného proudu musí být co nejkratší. Délka stopy zpětné cesty by měla být stejná jako délka stopy přenosu.
Pro EMI se jeden nazývá „agresivní stopa“ a druhá je „stopou obětí“. Induktivní a kapacitní vazba může ovlivnit stopy „viktimizace“ v důsledku přítomnosti elektromagnetických polí, která mohou na „viktimizovaných stopách“ způsobit dopředný a zpětný proud. Tímto způsobem jsou vlnky generovány ve stabilním prostředí, kde jsou vysílané a přijímané délky signálu téměř stejné.
V dobře vyváženém stabilním sledovacím prostředí by se indukované proudy měly navzájem rušit, aby se eliminoval přeslech. Jsme však v nedokonalém světě a takové věci se nestanou. Naším cílem je proto udržovat přeslech na všech stopách na minimu. Pokud je šířka mezi rovnoběžnými čarami zdvojnásobena, lze efekt přeslechu minimalizovat. Pokud je například šířka stopy 5 mil, měla by být minimální vzdálenost mezi dvěma rovnoběžnými stopami 10 mil nebo více.
Jak se stále objevují nové materiály a nové komponenty, konstruktéři desek plošných spojů musí i nadále řešit problémy elektromagnetické kompatibility a rušení.
Oddělovací kondenzátor
Oddělovací kondenzátory mohou snížit nepříznivé účinky přeslechu. Měly by být umístěny mezi napájecí a zemnící kolíky zařízení, aby byla zajištěna nízká AC impedance a snížen hluk a přeslechy. Aby se dosáhlo nízké impedance v širokém frekvenčním rozsahu, měly by být použity vícenásobné kondenzátory.
Použití oddělovacích kondenzátorů kolem pole kulové mřížky snižuje přeslechy.Důležitým principem pro oddělení kondenzátorů je to, že kondenzátor s nejnižší hodnotou kapacity by měl být co nejblíže zařízení, aby se snížil vliv indukčnosti na stopy. Tento konkrétní kondenzátor je umístěn co nejblíže výkonovým pinům zařízení nebo výkonovým stopám a blok kondenzátoru je připojen přímo k průchozí nebo pozemní rovině. Pokud jsou stopy dlouhé, použijte více průchodů k minimalizaci zemní impedance.
Vyvarujte se úhlu 90 °
Chcete-li snížit EMI, vyhněte se tvorbě stop, průchodů a dalších komponentů pod úhlem 90 °, protože pravoúhlé úhly mohou vyzařovat. V tomto rohu se zvýší kapacita a změní se charakteristická impedance, což povede k odrazu a poté k EMI. Aby se předešlo úhlu 90 °, měly by být stopy směrovány nejméně do dvou úhlů 45 ° do rohů.
Při průchodech buďte opatrní
Téměř ve všech rozloženích desek plošných spojů musí být použity průchody k zajištění vodivých spojení mezi různými vrstvami. Inženýři pro rozvržení plošných spojů musí být opatrní, protože průchody mohou vytvářet indukčnost a kapacitu. V některých případech také způsobují odrazy, protože charakteristická impedance se mění, když je průchod proveden ve stopě.
Také mějte na paměti, že průchody zvyšují délku stopy a vyžadují přizpůsobení. U diferenciálních stop se vyhýbejte co nejvíce průchodům. Pokud tomu nelze zabránit, měly by se v obou trasách použít průchody, aby se kompenzovalo zpoždění signálu a zpáteční cesty.
Kabel a fyzické stínění
Kabely přenášející digitální obvody a analogové proudy mohou generovat parazitní kapacitu a indukčnost, což způsobuje mnoho problémů souvisejících s EMC. Při použití kabelů s krouceným párem je úroveň spojení nízká a generovaná magnetická pole jsou eliminována. U vysokofrekvenčních signálů musí být použity stíněné kabely, přičemž přední a zadní strana musí být uzemněna, aby se zabránilo rušení EMI.
Fyzické stínění má zakrýt celý systém nebo jeho část kovovým obalem, aby se zabránilo vstupu EMI do obvodu PCB. Toto stínění je jako uzavřený, uzemněný vodivý kontejner, který zmenšuje velikost smyčky antény a absorbuje EMI.