Vermeiden Sie elektromagnetische Probleme beim PCB-Design (2)
Übersprechen und Spuren sind der Schlüssel
Spuren sind besonders wichtig, um den richtigen Stromfluss zu gewährleisten. Wenn der Strom von einem Oszillator oder einem ähnlichen Gerät stammt, ist es besonders wichtig, den Strom von der Masseebene getrennt zu halten oder ihn nicht parallel zu einer anderen Messkurve zu führen. Zwei parallele Hochgeschwindigkeitssignale können EMV und EMI, insbesondere Übersprechen, erzeugen. Der Widerstandspfad muss minimiert und der Rückstrompfad so kurz wie möglich sein. Die Länge der Rückwegverfolgung sollte der Länge der Sendeverfolgung entsprechen.
Für EMI wird eine als "aggressive Spur" und die andere als "viktimisierte Spur" bezeichnet. Induktive und kapazitive Kopplung können auf Grund des Vorhandenseins von elektromagnetischen Feldern Auswirkungen auf "betroffene" Spuren haben, die Vorwärts- und Rückwärtsströme auf den "betroffenen Spuren" verursachen können. Auf diese Weise werden Welligkeiten in einer stabilen Umgebung erzeugt, in der die gesendeten und empfangenen Längen des Signals nahezu gleich sind.
In einer ausgeglichenen, stabilen Spurumgebung sollten sich die induzierten Ströme gegenseitig aufheben, um ein Übersprechen zu vermeiden. Wir befinden uns jedoch in einer unvollkommenen Welt, und solche Dinge werden nicht passieren. Deshalb ist es unser Ziel, das Übersprechen auf allen Spuren so gering wie möglich zu halten. Wenn die Breite zwischen parallelen Linien verdoppelt wird, kann der Effekt des Übersprechens minimiert werden. Wenn die Leiterbahnbreite beispielsweise 5 mil beträgt, sollte der Mindestabstand zwischen zwei parallelen Leiterbahnen 10 mil oder mehr betragen.
Da immer neue Materialien und neue Komponenten auftauchen, müssen Leiterplattenentwickler sich weiterhin mit Fragen der elektromagnetischen Verträglichkeit und Interferenz befassen.
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Entkopplungskondensator
Entkopplungskondensatoren können die nachteiligen Auswirkungen von Übersprechen verringern. Sie sollten sich zwischen den Stromversorgungs- und Erdungsstiften des Geräts befinden, um eine niedrige Wechselstromimpedanz zu gewährleisten und Rauschen und Übersprechen zu reduzieren. Um eine niedrige Impedanz über einen weiten Frequenzbereich zu erreichen, sollten mehrere Entkopplungskondensatoren verwendet werden.
Die Verwendung von Entkopplungskondensatoren um das Kugelgitterfeld verringert das Übersprechen.Ein wichtiges Prinzip für die Platzierung von Entkopplungskondensatoren ist, dass der Kondensator mit dem kleinsten Kapazitätswert so nahe wie möglich am Gerät liegt, um den Einfluss der Induktivität auf die Leiterbahnen zu verringern. Dieser spezielle Kondensator wird so nah wie möglich an den Stromversorgungspins oder Stromspuren des Geräts platziert, und die Kontaktstelle des Kondensators wird direkt mit der Durchkontaktierungs- oder Masseebene verbunden. Wenn die Leiterbahnen lang sind, verwenden Sie mehrere Durchkontaktierungen, um die Erdungsimpedanz zu minimieren.
Vermeiden Sie 90 ° Winkel
Vermeiden Sie zur Reduzierung der EMI die Bildung von Leiterbahnen, Durchkontaktierungen und anderen Bauteilen in einem Winkel von 90 °, da rechte Winkel strahlen können. Die Kapazität nimmt an dieser Ecke zu und die charakteristische Impedanz ändert sich, was zu Reflexion und dann zu EMI führt. Um 90 ° -Winkel zu vermeiden, sollten Leiterbahnen in mindestens zwei 45 ° -Winkeln zu den Ecken geführt werden.
Vorsicht bei Durchkontaktierungen
In fast allen PCB-Layouts müssen Durchkontaktierungen verwendet werden, um leitende Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten herzustellen. Leiterplattenlayoutingenieure müssen vorsichtig sein, da Durchkontaktierungen Induktivität und Kapazität erzeugen können. In einigen Fällen verursachen sie auch Reflexionen, da sich die charakteristische Impedanz ändert, wenn eine Durchkontaktierung in einem Trace vorgenommen wird.
Denken Sie auch daran, dass Durchkontaktierungen die Länge des Trace erhöhen und eine Anpassung erfordern. Vermeiden Sie für differentielle Spuren Durchkontaktierungen so weit wie möglich. Wenn dies nicht vermieden werden kann, sollten in beiden Spuren Durchkontaktierungen verwendet werden, um Verzögerungen im Signal- und Rückweg auszugleichen.
Kabel und physikalische Abschirmung
Kabel, die digitale Schaltkreise und analoge Ströme führen, können parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten erzeugen und viele EMV-Probleme verursachen. Bei Verwendung von Twisted-Pair-Kabeln wird der Kopplungspegel niedrig gehalten und die erzeugten Magnetfelder werden eliminiert. Für Hochfrequenzsignale müssen abgeschirmte Kabel verwendet werden, deren Vorder- und Rückseite geerdet sind, um elektromagnetische Störungen zu vermeiden.
Die physische Abschirmung soll das gesamte System oder einen Teil des Systems mit einem Metallgehäuse abdecken, um zu verhindern, dass EMI in den PCB-Stromkreis eindringt. Diese Abschirmung ähnelt einem geschlossenen, geerdeten, leitenden Behälter, der die Größe der Antennenschleife verringert und EMI absorbiert.