Evitare problemi elettromagnetici nella progettazione di PCB (2)
Crosstalk e tracce sono fondamentali
Le tracce sono particolarmente importanti per garantire il corretto flusso di corrente. Se la corrente proviene da un oscillatore o un altro dispositivo simile, è particolarmente importante mantenere la corrente separata dal piano di massa o non farla funzionare in parallelo con un'altra traccia. Due segnali paralleli ad alta velocità possono generare EMC ed EMI, in particolare crosstalk. Il percorso di resistenza deve essere ridotto al minimo e il percorso della corrente di ritorno deve essere il più breve possibile. La lunghezza della traccia del percorso di ritorno deve essere uguale alla lunghezza della traccia di trasmissione.
Per l'IME, uno è chiamato "traccia aggressiva" e l'altro è "traccia vittimizzata". L'accoppiamento induttivo e capacitivo può influire sulle tracce "vittimizzate" a causa della presenza di campi elettromagnetici, che possono causare correnti dirette e inverse sulle "tracce vittimizzate". In questo modo, le increspature sono generate in un ambiente stabile in cui le lunghezze trasmesse e ricevute del segnale sono quasi uguali.
In un ambiente di traccia ben bilanciato e stabile, le correnti indotte dovrebbero annullarsi a vicenda per eliminare la diafonia. Tuttavia, siamo in un mondo imperfetto e tali cose non accadranno. Pertanto, il nostro obiettivo è di ridurre al minimo il crosstalk su tutte le tracce. Se la larghezza tra le linee parallele viene raddoppiata, l'effetto della diafonia può essere ridotto al minimo. Ad esempio, se la larghezza della traccia è 5 mil, la distanza minima tra due tracce parallele dovrebbe essere di 10 mil o più.
Man mano che nuovi materiali e nuovi componenti continuano ad emergere, i progettisti di PCB devono continuare ad affrontare i problemi di compatibilità elettromagnetica e interferenze.
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Disaccoppiamento del condensatore
Il disaccoppiamento dei condensatori può ridurre gli effetti negativi del crosstalk. Dovrebbero essere posizionati tra i pin di alimentazione e di terra del dispositivo per garantire una bassa impedenza CA e ridurre il rumore e la diafonia. Per ottenere una bassa impedenza su un ampio intervallo di frequenze, è necessario utilizzare più condensatori di disaccoppiamento.
L'uso di disaccoppiatori di condensatori attorno alla griglia di sfere riduce la diafonia.Un principio importante per posizionare i condensatori di disaccoppiamento è che il condensatore con il valore di capacità più piccolo dovrebbe essere il più vicino possibile al dispositivo per ridurre l'influenza dell'induttanza sulle tracce. Questo particolare condensatore è posizionato il più vicino possibile ai pin di alimentazione del dispositivo o alle tracce di alimentazione e il pad del condensatore è collegato direttamente al piano di massa o via. Se le tracce sono lunghe, utilizzare più vie per ridurre al minimo l'impedenza di terra.
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Evitare angoli di 90 °
Per ridurre l'IME, evitare di formare tracce, vie e altri componenti con un angolo di 90 °, poiché gli angoli retti possono irradiarsi. La capacità aumenterà in questo angolo e l'impedenza caratteristica cambierà, con conseguente riflessione e quindi EMI. Per evitare angoli di 90 °, le tracce devono essere instradate di almeno due angoli di 45 ° agli angoli.
Usare cautela con vias
In quasi tutti i layout PCB, i via devono essere utilizzati per fornire collegamenti conduttivi tra diversi strati. Gli ingegneri del layout PCB devono fare attenzione perché i via possono creare induttanza e capacità. In alcuni casi, causano anche riflessioni perché l'impedenza caratteristica cambia quando viene fatta una via in una traccia.
Inoltre, tieni presente che i via aumentano la lunghezza della traccia e richiedono una corrispondenza. Per tracce differenziali, evitare il più possibile i via. Se ciò non può essere evitato, le vie dovrebbero essere utilizzate in entrambe le tracce per compensare i ritardi nel segnale e nel percorso di ritorno.
Cavo e schermatura fisica
I cavi che trasportano circuiti digitali e correnti analogiche possono generare capacità parassita e induttanza, causando molti problemi legati all'EMC. Se si utilizzano cavi a doppino intrecciato, il livello di accoppiamento viene mantenuto basso e i campi magnetici generati vengono eliminati. Per i segnali ad alta frequenza, è necessario utilizzare cavi schermati, con i lati anteriore e posteriore messi a terra per eliminare le interferenze EMI.
Lo schermo fisico serve a coprire tutto o parte del sistema con un pacchetto metallico per impedire all'EMI di entrare nel circuito PCB. Questa schermatura è come un contenitore conduttivo chiuso e collegato a terra che riduce le dimensioni del circuito dell'antenna e assorbe l'EMI.