بازار الکترونیک امروزی نیاز به ادغام چندین عملکرد پرسرعت بر روی بردهای مدار چاپی کوچک (PCBS) روی یک برد دارد که باعث می شود طراحان برای بهینه سازی بسته بندی و فضا، سیم کشی را بسیار نزدیک به هم قرار دهند. این نزدیکی می تواند منجر به جفت شدن غیرمنتظره میدان های الکترومغناطیسی شود، پدیده ای که به عنوان Crosstalk شناخته می شود (شکل 1 را ببینید).

شکل 1: نمایش گرافیکی خطوط مجاور روی PCB با مشکلات احتمالی تداخل.

اگرچه بسته بندی با چگالی بالا اجتناب ناپذیر است، برخی از قوانین طراحی PCB مربوط به سیم کشی روی PCB نباید نقض شوند تا از تداخل احتمالی و تداخل الکترومغناطیسی / مشکلات سازگاری (EMI/EMC) جلوگیری شود.

(در بخش‌های بعدی، عبارت «شبکه بحرانی» به خطوط پرسرعت ساعت/داده، خطوط حسگر مهم و غیره بر روی PCB، بسته به کاربرد PCB، اشاره دارد.)

قانون 1: شبکه های کلیدی نزدیک شبکه های ورودی/خروجی

مهم است که به سیم کشی شبکه بحرانی مرتبط با خطوط ورودی/خروجی نگاهی بیندازید، زیرا نویز را می توان به راحتی از طریق این خطوط ورودی/خروجی که وارد و خارج PCB می شوند (نگاه کنید به شکل 2) به برد جفت کرد (شکل XNUMX را ببینید) یا به آن منتقل شود. سایر تابلوها

شکل 2: نمودار شماتیک سناریویی که در آن شبکه بحرانی و شبکه ورودی/خروجی نزدیک به یکدیگر سیم‌کشی شده‌اند.

هر نویز که از طریق خط ورودی/خروجی وارد برد می‌شود، این پتانسیل را دارد که به شبکه حیاتی که سیگنال‌های داده/ساعت مهم را حمل می‌کند، کوپل شود، که اساساً یک مشکل ایمنی PCB است (شکل 3A). به روشی مشابه، هر سیگنال پرسرعتی که توسط شبکه حیاتی حمل می‌شود، می‌تواند به شبکه ورودی/خروجی کوپل شود و در نهایت از طریق خطوط ورودی/خروجی خارج از برد به دنیای خارج و به سایر ماژول‌های سیستم منتقل شود. در اصل، این یک مشکل تشعشع برای PCB خواهد بود (شکل 3B).

شکل 3A (سمت چپ) و 3B: مشکلات احتمالی EMI/EMC ناشی از نزدیکی شبکه های بحرانی و I/O

قانون 2: طول اثر بحرانی در معرض

در طول موج کوتاه PCBS با سرعت بالا (& GT; 100 مگاهرتز)، طول الکتریکی هر شبکه بحرانی (نگاه کنید به شکل 4a) کافی است تا آن را به منبع موثر تشعشع تبدیل کند، به ویژه هنگامی که در معرض لایه های بالایی یا پایینی قرار می گیرد. این تشعشعات ناخواسته را می توان به هر کابل مجاور متصل کرد، حتی به یک کابل در دستگاه نزدیک به کابل. همانطور که در شکل 4b نشان داده شده است، توصیه می کنیم شبکه بحرانی را بین سطوح جامد لایه داخلی PCB دفن کنید. این کمک می کند تا میدان را از خط جدا کنید و از هرگونه جفت ناخواسته به شکل تداخل یا EMI جلوگیری کنید. اگر این شبکه های حیاتی باید در لایه بیرونی قرار گیرند، طول بخش در معرض دید باید تا حد امکان کوچک باشد. این به این دلیل است که هرچه طول سیم های در معرض کمتر باشد، تشعشع کمتری از خود ساطع می کنند، زیرا اگر از نظر الکتریکی کوچک باشند، آنتن های ناکارآمد خواهند بود.

انجیر. 4A (سمت چپ) و B: نمودارهای شبکه های بحرانی در معرض یا بسته بین هواپیماها

قانون 3: تطبیق شبکه تفاوت بحرانی

در تئوری، جفت‌های دیفرانسیل سیگنال‌هایی با اندازه مساوی اما قطبی مخالف را ارسال می‌کنند، زیرا EMI تولید شده توسط آنها یکدیگر را خنثی می‌کند یا ناچیز است. با این حال، این تنها در صورتی کار می کند که خطوط در جفت با هم طول و تا حد امکان متقارن به یکدیگر نزدیک باشند. نقض هر یک از اینها می تواند باعث ایجاد نویز حالت معمول و مشکلات EMI شود. این موضوع بسیار نگران کننده است، به ویژه برای شبکه های دیفرانسیل که سیگنال های بحرانی فرکانس بالا را حمل می کنند، زیرا EMI فرکانس سیگنال های حمل شده را افزایش می دهد. شکل 5 چندین نمونه از سیم کشی روش صحیح/نادرست جفت اختلاف بحرانی بین بسته آی سی و نقاط خروجی (کانکتورها) روی برد مدار را نشان می دهد.

شکل 5: مسیر جریان برگشتی با تقسیم در صفحه مرجع

تطبیق شبکه تفاوت بحرانی: شبیه سازی و ارتباط با الزامات آزمون واقعی

در مثال PCB در شکل های 6A و 6b، یک مورد ساده داریم که در آن جفت های دیفرانسیل به دو روش مختلف روی PCB سیم کشی می شوند: متقارن و نامتقارن. در هر دو حالت، در SIwave، در یک سر توسط یک منبع ولتاژ دیفرانسیل برانگیخته می شوند و در انتهای دیگر توسط بار وصل می شوند.

شکل 6A (سمت چپ) و B: نمونه هایی از جفت های دیفرانسیل برای سیم کشی روی PCB

ما در هر دو مورد تجزیه و تحلیل میدان نزدیک را اجرا می کنیم. در PCBS با سیم کشی متقارن جفت دیفرانسیل، سطح میدان نزدیک کمتر از سیم کشی نامتقارن آنها است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 7A و 7b.

انجیر. 7a (سمت چپ) و B: میدان نزدیک @ 597.45 مگاهرتز با شبکه های جفت اختلاف متقارن و نامتقارن

فرض کنید می‌خواهیم PCB را طبق مقررات EMI/EMC AIS 004 (در هند) یا UNECE R10 (در اروپا) الزامات انتشار تشعشعی آزمایش کنیم. شکل 8 تجزیه و تحلیل مقایسه ای میدان دور شبیه سازی شده را در فاصله 1 متری از PCB در محدوده فرکانس 30 مگاهرتز - 1 گیگاهرتز نشان می دهد. توجه داشته باشید که مورد جفت اختلاف نامتقارن سطح انتشار را حدود 8 تا 10 دسی بل افزایش می دهد و همچنین منجر به عدم انطباق با فرکانس های 563.50 مگاهرتز و بالاتر می شود.

شکل 8: مقایسه تابش 1 متر

شبیه‌سازی SIwave در سطح PCB، شناسایی زودهنگام چنین مشکلات EMI را ممکن می‌سازد، که می‌تواند به بهینه‌سازی PCBS قبل از طراحی آنها برای آزمایش فیزیکی و حتی شبیه‌سازی‌های سطح بالاتر کمک کند.

سلب مسئولیت: این مقاله از "جنگل الکترونیک" تجدید چاپ شده است، این مقاله تنها بیانگر دیدگاه های شخصی نویسنده است، دیدگاه های ساکوئی و صنعت را نشان نمی دهد، فقط تکثیر و به اشتراک گذاشته شده است، حمایت از حمایت از حقوق مالکیت معنوی، لطفا منبع اصلی را ذکر کنید. و نویسنده، در صورت وجود تخلف، لطفاً برای حذف با ما تماس بگیرید.