De huidige elektronicamarkt vereist de integratie van meerdere hogesnelheidsfuncties op geminiaturiseerde printplaten (PCBS) op één bord, waardoor ontwerpers de bedrading zeer dicht bij elkaar kunnen plaatsen om de verpakking en de ruimte te optimaliseren. Deze nabijheid kan leiden tot onverwachte koppeling van elektromagnetische velden, een fenomeen dat bekend staat als Crosstalk (zie figuur 1).

Figuur 1: Grafische weergave van aangrenzende lijnen op een printplaat met mogelijke overspraakproblemen.

Hoewel verpakkingen met een hoge dichtheid onvermijdelijk zijn, mogen bepaalde PCB-ontwerpregels met betrekking tot bedrading op de PCB niet worden overtreden om mogelijke problemen met overspraak en elektromagnetische interferentie/compatibiliteit (EMI/EMC) te voorkomen.

(In de volgende paragrafen verwijst de uitdrukking 'kritisch netwerk' naar de snelle klok-/datalijnen, belangrijke sensorlijnen, enz. op een PCB, afhankelijk van de toepassing van de PCB.)

Regel 1: Sleutelnetwerken in de buurt van I/O-netwerken

Het is belangrijk om te kijken naar de bedrading van het kritieke netwerk dat is gekoppeld aan de I/O-lijnen, omdat ruis gemakkelijk aan de kaart kan worden gekoppeld via deze I/O-lijnen die de PCB in en uit komen (zie figuur 2) of naar de printplaat worden getransporteerd. andere borden.

Figuur 2: Schematisch diagram van een scenario waarin het kritieke netwerk en het I/O-netwerk dicht bij elkaar zijn aangesloten.

Eventuele ruis die via de I/O-lijn het bord binnenkomt, kan worden gekoppeld aan het kritieke netwerk dat belangrijke data-/kloksignalen transporteert, wat in feite een kwestie is van PCB-immuniteit (Afbeelding 3A). Op een vergelijkbare manier kunnen alle hogesnelheidssignalen die door het kritieke netwerk worden getransporteerd, worden gekoppeld aan het I/O-netwerk en uiteindelijk via I/O-lijnen buiten het bord naar de buitenwereld en naar andere modules in het systeem worden verzonden. In principe zou dit een stralingsprobleem zijn voor de printplaat (Figuur 3B).

Figuren 3A (links) en 3B: Potentiële EMI/EMC-problemen veroorzaakt door de nabijheid van kritieke en I/O-netwerken

Regel 2: Blootgestelde kritische spoorlengte

In snelle PCBS met korte golflengte (& GT; 100 MHz), is de elektrische lengte van elk kritisch netwerk (zie figuur 4a) voldoende om er een effectieve stralingsbron van te maken, vooral wanneer het wordt blootgesteld aan de bovenste of onderste lagen. Deze ongewenste straling kan aan elke aangrenzende kabel worden gekoppeld, zelfs aan een kabel in een apparaat dichtbij de kabel. We raden aan het kritieke netwerk tussen de massieve vlakken van de binnenlaag van de PCB te begraven, zoals weergegeven in figuur 4b. Dit helpt het veld af te sluiten van de lijn en onbedoelde koppeling in de vorm van overspraak of EMI te voorkomen. Als deze kritische netwerken in de buitenlaag moeten worden blootgelegd, moet de lengte van het blootliggende gedeelte zo klein mogelijk zijn. Dit komt doordat hoe korter de lengte van de blootliggende draden is, hoe minder straling ze uitzenden, want als ze elektrisch klein zouden zijn, zouden het inefficiënte antennes zijn.

Vijgen. 4A (links) en B: diagrammen van blootgestelde of gesloten kritische netwerken tussen vlakken

Regel 3: Netwerkmatching met kritische verschillen

In theorie zenden differentiële paren signalen uit van gelijke grootte maar tegengestelde polariteit, omdat de door hen geproduceerde EMI elkaar opheft of te verwaarlozen is. Dit werkt echter alleen als de lijnen in het paar dezelfde lengte hebben en zo dicht bij elkaar als symmetrisch mogelijk zijn. Overtreding van een van deze regels kan common-mode-ruis en EMI-problemen veroorzaken. Dit is van groot belang, vooral voor differentiële netwerken die hoogfrequente kritische signalen transporteren, omdat EMI de frequentie van de overgedragen signalen verhoogt. Figuur 5 toont verschillende voorbeelden van de juiste/onjuiste bedrading van kritische verschilparen tussen het IC-pakket en de uitgangspunten (connectoren) op de printplaat.

Figuur 5: Retourneer het huidige pad met splitsing in het referentievlak

Critical Difference-netwerkmatching: simulatie en relatie met daadwerkelijke testvereisten

In het PCB-voorbeeld in figuren 6A en 6b hebben we een eenvoudig geval waarin differentiële paren op twee verschillende manieren op de PCB zijn aangesloten: symmetrisch en asymmetrisch. In beide gevallen worden ze in SIwave aan het ene uiteinde bekrachtigd door een differentiële spanningsbron en aan het andere uiteinde verbonden door een belasting.

Figuren 6A (links) en B: Voorbeelden van differentiële paren voor bedrading op een printplaat

In beide gevallen voeren we een nearfield-analyse uit. Bij PCBS met differentiële paarsymmetrische bedrading is het nabije veldniveau lager dan bij hun asymmetrische bedrading, zoals weergegeven in Fig. 7A en 7b.

Vijgen. 7a (links) en B: Near field @ 597.45 MHz met symmetrische en asymmetrische verschilpaarnetwerken

Stel dat we de PCB willen testen volgens de EMI/EMC-voorschriften AIS 004 (in India) of UNECE R10 (in Europa) eisen voor stralingsemissie. Figuur 8 toont een vergelijkende analyse van het gesimuleerde verre veld op een afstand van 1 m van de PCB in het frequentiebereik van 30 MHz - 1 GHz. Merk op dat het geval van asymmetrische verschilparen het emissieniveau met ongeveer 8 tot 10 dB verhoogt en ook resulteert in niet-naleving van 563.50 MHz en hogere frequenties.

Figuur 8: Vergelijking van 1 m straling

De simulatie van SIwave op PCB-niveau maakt een vroege identificatie van dergelijke EMI-problemen mogelijk, wat kan helpen PCBS te optimaliseren voordat ze worden ontworpen voor fysieke tests en zelfs simulaties op een hoger niveau.

Disclaimer: dit artikel is herdrukt uit "electronic forest", dit artikel vertegenwoordigt alleen de persoonlijke mening van de auteur, vertegenwoordigt niet de mening van Sakwei en de industrie, alleen gereproduceerd en gedeeld, ondersteunt de bescherming van intellectuele eigendomsrechten, geef de originele bron aan en auteur, als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.