Pasaran elektronik hari ini memerlukan penyepaduan berbilang fungsi berkelajuan tinggi pada papan litar bercetak kecil (PCBS) pada satu papan, memimpin pereka untuk meletakkan pendawaian yang sangat rapat untuk mengoptimumkan pembungkusan dan ruang. Kedekatan ini boleh membawa kepada gandingan medan elektromagnet yang tidak dijangka, fenomena yang dikenali sebagai Crosstalk (lihat Rajah 1).

Rajah 1: Perwakilan grafik garisan bersebelahan pada PCB dengan potensi masalah crosstalk.

Walaupun pembungkusan berketumpatan tinggi tidak dapat dielakkan, peraturan reka bentuk PCB tertentu yang berkaitan dengan pendawaian pada PCB tidak boleh dilanggar untuk mengelakkan masalah gangguan/keserasian elektromagnet (EMI/EMC) yang berpotensi.

(Dalam bahagian berikut, frasa "rangkaian kritikal" merujuk kepada talian jam/data berkelajuan tinggi, talian sensor penting, dsb., pada PCB, bergantung pada aplikasi PCB.)

Peraturan 1: Rangkaian utama berhampiran rangkaian I/O

Adalah penting untuk melihat pendawaian rangkaian kritikal yang berkaitan dengan talian I/O, kerana hingar boleh digabungkan dengan mudah ke papan melalui talian I/O ini yang masuk dan keluar dari PCB (lihat Rajah 2) atau dibawa ke papan lain.

Rajah 2: Gambarajah skematik senario di mana rangkaian kritikal dan rangkaian I/O berwayar rapat antara satu sama lain.

Sebarang bunyi yang memasuki papan melalui talian I/O berpotensi untuk digandingkan dengan rangkaian kritikal yang membawa isyarat data/jam penting, yang pada asasnya merupakan isu imuniti PCB (Rajah 3A). Dengan cara yang sama, sebarang isyarat berkelajuan tinggi yang dibawa oleh rangkaian kritikal boleh digandingkan ke rangkaian I/O dan akhirnya dihantar ke dunia luar dan ke modul lain dalam sistem melalui talian I/O dari papan. Pada dasarnya, ini akan menjadi masalah sinaran untuk PCB (Rajah 3B).

Rajah 3A (kiri) dan 3B: Masalah EMI/EMC yang berpotensi disebabkan oleh kedekatan rangkaian kritikal dan I/O

Peraturan 2: Panjang surih kritikal terdedah

Dalam PCBS berkelajuan tinggi panjang gelombang pendek (& GT; 100MHz), panjang elektrik mana-mana rangkaian kritikal (lihat rajah 4a) adalah mencukupi untuk menjadikannya sumber sinaran yang berkesan, terutamanya apabila terdedah kepada lapisan atas atau bawah. Sinaran yang tidak diingini ini boleh digandingkan dengan mana-mana kabel bersebelahan, malah kepada kabel dalam peranti yang berdekatan dengan kabel. Kami mengesyorkan mengebumikan rangkaian kritikal antara satah pepejal lapisan dalam PCB, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4b. Ini membantu untuk menutup medan daripada garisan dan mengelakkan sebarang gandingan yang tidak diingini dalam bentuk crosstalk atau EMI. Jika rangkaian kritikal ini perlu didedahkan di lapisan luar, panjang bahagian yang terdedah hendaklah sekecil mungkin. Ini kerana semakin pendek panjang wayar yang terdedah, semakin sedikit sinaran yang dikeluarkan, kerana jika ia kecil secara elektrik, ia akan menjadi antena yang tidak cekap.

Ara. 4A (kiri) dan B: Gambar rajah rangkaian kritikal terdedah atau tertutup antara satah

Peraturan 3: Pemadanan rangkaian perbezaan kritikal

Secara teori, pasangan pembezaan menghantar isyarat dengan saiz yang sama tetapi kekutuban bertentangan, kerana EMI yang dihasilkan oleh mereka membatalkan satu sama lain atau boleh diabaikan. Walau bagaimanapun, ini hanya berfungsi jika garisan dalam pasangan adalah sama panjang dan sedekat mungkin antara satu sama lain secara simetri. Pelanggaran mana-mana perkara ini boleh menyebabkan bunyi mod biasa dan masalah EMI. Perkara ini amat membimbangkan, terutamanya untuk rangkaian pembezaan yang membawa isyarat kritikal frekuensi tinggi, kerana EMI meningkatkan kekerapan isyarat yang dibawa. Rajah 5 menunjukkan beberapa contoh pendawaian cara pasangan perbezaan kritikal yang betul/salah antara pakej IC dan titik keluar (penyambung) pada papan litar.

Rajah 5: Kembalikan laluan arus dengan belahan dalam satah rujukan

Pemadanan rangkaian Perbezaan Kritikal: Simulasi dan kaitan dengan keperluan ujian sebenar

Dalam contoh PCB dalam Rajah 6A dan 6b, kami mempunyai kes mudah di mana pasangan pembezaan disambungkan pada PCB dalam dua cara berbeza: simetri dan tidak simetri. Dalam kedua-dua kes, dalam SIwave, mereka teruja pada satu hujung oleh sumber voltan berbeza dan disambungkan pada hujung yang lain dengan beban.

Rajah 6A (kiri) dan B: Contoh pasangan pembezaan untuk pendawaian pada PCB

Kami menjalankan analisis medan dekat dalam kedua-dua kes. Dalam PCBS dengan pendawaian simetri pasangan berbeza, aras medan dekat adalah lebih rendah daripada pendawaian asimetri mereka, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 7A dan 7b.

Ara. 7a (kiri) dan B: Medan berdekatan @ 597.45 MHz dengan rangkaian pasangan perbezaan simetri dan asimetri

Katakan kita ingin menguji PCB mengikut peraturan EMI/EMC AIS 004 (di India) atau UNECE R10 (di Eropah) keperluan pelepasan sinaran. Rajah 8 menunjukkan analisis perbandingan medan jauh yang disimulasikan pada jarak 1 m dari PCB dalam julat frekuensi 30 MHz -- 1 GHz. Ambil perhatian bahawa kes pasangan perbezaan asimetri meningkatkan tahap pelepasan kira-kira 8 hingga 10 dB dan juga mengakibatkan ketidakpatuhan dengan 563.50 MHz dan frekuensi yang lebih tinggi.

Rajah 8: Perbandingan sinaran 1 m

Simulasi SIwave di peringkat PCB membolehkan pengecaman awal masalah EMI sedemikian, yang boleh membantu mengoptimumkan PCBS sebelum ia direka bentuk untuk ujian fizikal dan juga simulasi peringkat lebih tinggi.

Penafian: Artikel ini dicetak semula daripada "hutan elektronik", artikel ini hanya mewakili pandangan peribadi penulis, tidak mewakili pandangan Sakwei dan industri, hanya diterbitkan semula dan dikongsi, menyokong perlindungan hak harta intelek, sila nyatakan sumber asal dan penulis, jika terdapat pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadam.