ПЕЧАТНАЯ PCB - Электромагнитная совместимость при проектировании печатных плат

ЭМС означает "Электромагнитная совместимость". ЭМС на печатных платах означает способность печатной платы работать в электромагнитной среде, не создавая невыносимых электромагнитных помех для других окружающих устройств. Она включает в себя два аспекта: один - это помехи от других электротехнических изделий, сокращенно называемые EMI (электромагнитные помехи), то есть электромагнитные помехи; другой тип - это помехи от других электротехнических изделий, называемые защитой от помех, для объяснения которых мы используем EMS (электромагнитная совместимость).

Как правило, для обеспечения соответствия конструкции требованиям по электромагнитной совместимости инженерам необходимо учитывать три основных аспекта::

Генерация нежелательного электромагнитного излучения и его распространение.

Уязвимость каждой конструкции или компонента к электромагнитным помехам.

Конструкция печатной платы не должна создавать невыносимых электромагнитных помех.

Три элемента и меры противодействия электромагнитной совместимости

Для решения проблем электромагнитной совместимости нам необходимо начать с трех ключевых элементов: источников помех, каналов связи и чувствительных устройств.

•  Источниками помех являются источники электромагнитных помех, обычно встречающиеся в тактовых цепях, импульсных источниках питания, высокоскоростных шинах и индуктивных устройствах. Например, кварцевый генератор в тактовой цепи генерирует высокочастотные сигналы, которые, если их не контролировать, могут создавать помехи для других цепей.

• Канал связи - это канал, по которому распространяются электромагнитные помехи, включая проводимые помехи и излучаемые помехи. Проводимые помехи - это шум, который распространяется по линиям электропередачи или сигнальным линиям, в то время как излучаемые помехи непосредственно излучаются в виде электромагнитных волн. Например, линии электропередач могут передавать сигналы помех

другим устройствам, в то время как высокоскоростные сигнальные линии могут излучать электромагнитные волны подобно антеннам.

•  Чувствительные устройства - это схемы или компоненты, чувствительные к электромагнитным помехам. Например, кварцевые генераторы, сигналы сброса и слабые сигналы - все это чувствительные элементы

Меры, направленные на устранение этих трех факторов:

• Уменьшение источников помех: Оптимизируя конструкцию схемы, например, используя технологию расширения спектра частотных колебаний или замедляя нарастающий фронт сигналов, можно эффективно снизить уровень помех. В то же время разумный выбор компонентов и уменьшение влияния антенны также могут контролировать генерацию электромагнитных помех.

• Отключите или ослабьте канал передачи: Для проводящей связи можно добавить фильтрующие конденсаторы, фильтры или изолирующие трансформаторы; Для радиационной связи можно уменьшить помехи за счет

разумные меры по размещению, подключению и экранированию.

• Повышение помехозащищенности оборудования: С помощью необходимых мер по размещению, подключению и заземлению можно повысить устойчивость оборудования к электромагнитным помехам.

Стратегия электромагнитной совместимости при проектировании печатных плат

Электромагнитная совместимость является важным фактором при проектировании печатных плат. Разумный дизайн печатных плат может не только эффективно решить проблемы электромагнитных помех, но и повысить производительность и надежность оборудования.

Конструкция слоев печатной платы является основой электромагнитной совместимости. Разумно определите количество слоев проводки, а также количество слоев питания и заземления, исходя из плотности проводки на одной плате и требований к сигналу. Вообще говоря, слой, прилегающий к поверхности компонента, должен быть плоскостью заземления, которая может обеспечить плоскость оплавления для подключения верхнего уровня, а также служить в качестве экранирования. Все сигнальные уровни должны быть максимально прилегающими к плоскости заземления, гарантируя, что критические сигнальные уровни будут прилегать к плоскости заземления для уменьшения электромагнитных помех. Основной слой питания должен располагаться рядом с соответствующим слоем, чтобы избежать прямого соприкосновения двух сигнальных слоев и уменьшить перекрестные помехи. Кроме того, многослойная структура должна быть как можно более симметричной, чтобы обеспечить стабильность печатной платы.

Избегайте перекрестных помех

Перекрестные помехи используются для определения помех, вызванных электромагнитными помехами от одной дорожки на печатной плате к другой соседней дорожке. Перекрестные помехи в печатных платах обычно возникают на соседних дорожках в том же слое или на одной дорожке в соседних слоях. Эта ситуация проявляется в виде шума, и если амплитуда слишком велика, это может привести к неисправностям.

Избегайте перекрестных помех

Не прокладывайте провод под углом 90 градусов

Как и в случае со сквозными отверстиями, не следует выполнять повороты дорожки под прямым углом 90°, поскольку это увеличивает паразитную емкость, вызывая изменения в характеристическом сопротивлении и приводя к отражениям.

Как показано на рисунке, все ортогональные трассы должны быть изогнуты под углом 45°, чтобы ограничить шум, создаваемый соседними трассами.

 Не прокладывайте провод под углом 90 градусов

• Расположение: Разумное разделение для уменьшения помех

При размещении печатных плат необходимо разделять их в соответствии с функциональными модулями и отделять расположение цифровых схем от аналоговых, высокоскоростных схем от низкоскоростных схем.

Например, рекомендуется размещать устройства с сильным излучением или чувствительные устройства, такие как кристаллы, кварцевые генераторы, реле и т.д., вдали от внешних интерфейсных разъемов на расстоянии ≥ 1000 мил. Расположение интерфейсной схемы также очень важно, и устройства фильтрации, защиты и изолирования следует размещать рядом с интерфейсным разъемом, следуя принципу сначала защиты, а затем фильтрации. Расположение тактовой схемы также требует особого внимания. Тактовый преобразователь должен располагаться близко к кварцевому генератору, а согласующий резистор тактового выхода должен находиться близко к выходному контакту кварцевого генератора или схемы тактового преобразователя. Рекомендуемое расстояние составляет ≤ 1000 мил.

• Подключение: Оптимизируйте пути для уменьшения распространения помех.

Подключение является важнейшим этапом проектирования печатной платы, и правильная прокладка может эффективно снизить распространение электромагнитных помех. Уделяйте приоритетное внимание использованию проводки внутреннего слоя, чтобы избежать пересечения сигнальных линий в сегментированных областях. Подключение интерфейсных цепей должно осуществляться в соответствии с принципом защиты перед фильтрацией, а линии дифференциального сигнала должны строго соответствовать правилам для линий дифференциального распределения, чтобы обеспечить параллельность, одинаковый уровень и одинаковую длину. Требования к подключению тактовых сигналов более жесткие, а длина поверхностного подключения должна быть как можно короче. Рекомендуемая длина для подключения к критической поверхности часов составляет ≤ 200 м, и для переплавки должна быть обеспечена полная плоскость заземления. Вблизи круглосуточной сигнальной линии следует избегать использования других сигнальных линий, и рекомендуется соблюдать следующие правила: 

Принцип 3W.

• Заземление и экранирование: Возведение стен электромагнитной защиты

Заземление и экранирование являются важными средствами обеспечения электромагнитной совместимости. Надежное заземление может обеспечить низкий импеданс канала для электромагнитных помех и уменьшить распространение сигналов помех. Например, если на печатной плате установить заземляющую плоскость большой площади, электромагнитные помехи могут быть эффективно снижены. Экранирование может быть достигнуто с помощью металлического экранирующего слоя или защитного покрытия, чтобы изолировать источник помех от чувствительной цепи. Например, установка защитных экранов вокруг зон передачи высокоскоростного сигнала или устройств с сильным излучением может эффективно уменьшить распространение электромагнитных помех.