Сегодняшний рынок электроники требует интеграции множества высокоскоростных функций на миниатюрных печатных платах (PCBS) на одной плате, что заставляет дизайнеров размещать проводку очень близко друг к другу для оптимизации упаковки и пространства. Эта близость может привести к неожиданному взаимодействию электромагнитных полей — явлению, известному как перекрестные помехи (см. рисунок 1).

Рисунок 1: Графическое представление соседних линий на печатной плате с потенциальными проблемами перекрестных помех.

Хотя упаковка высокой плотности неизбежна, не следует нарушать определенные правила проектирования печатных плат, связанные с проводкой на печатной плате, чтобы избежать потенциальных проблем с перекрестными помехами и электромагнитными помехами/совместимостью (EMI/EMC).

(В следующих разделах фраза «критическая сеть» относится к высокоскоростным линиям синхронизации/данных, важным линиям датчиков и т. д. на печатной плате, в зависимости от ее применения.)

Правило 1: Ключевые сети рядом с сетями ввода-вывода

Важно обратить внимание на проводку критически важной сети, связанной с линиями ввода-вывода, поскольку шум может легко передаваться на плату через эти линии ввода-вывода, входящие и выходящие из печатной платы (см. Рисунок 2) или переносимые на плату. другие доски.

Рисунок 2. Схематическая диаграмма сценария, в котором критическая сеть и сеть ввода-вывода подключены близко друг к другу.

Любой шум, попадающий на плату через линию ввода-вывода, может попасть в критическую сеть, передающую важные сигналы данных/синхронизации, что, по сути, является проблемой устойчивости печатной платы (рис. 3А). Аналогичным образом любые высокоскоростные сигналы, передаваемые критически важной сетью, могут быть подключены к сети ввода-вывода и в конечном итоге переданы во внешний мир и в другие модули системы через линии ввода-вывода за пределами платы. В принципе, это может стать проблемой радиации печатной платы (рис. 3B).

Рисунки 3A (слева) и 3B: Потенциальные проблемы EMI/EMC, вызванные близостью критически важных сетей и сетей ввода-вывода.

Правило 2: Выставленная критическая длина трассы

В коротковолновой высокоскоростной печатной плате (& GT; 100 МГц), электрическая длина любой критической сети (см. рисунок 4а) достаточна, чтобы сделать ее эффективным источником излучения, особенно при воздействии на верхние или нижние слои. Это нежелательное излучение может быть связано с любым соседним кабелем, даже с кабелем в устройстве, расположенном рядом с кабелем. Мы рекомендуем спрятать критическую сеть между сплошными плоскостями внутреннего слоя печатной платы, как показано на рисунке 4b. Это помогает изолировать поле от линии и избежать непреднамеренного соединения в виде перекрестных помех или электромагнитных помех. Если эти критически важные сети должны быть открыты во внешнем слое, длина открытой части должна быть как можно меньшей. Это связано с тем, что чем короче длина оголенных проводов, тем меньше излучения они излучают, поскольку, если бы они были электрически малы, они были бы неэффективными антеннами.

Рис. 4A (слева) и B: Схемы открытых или закрытых критических сетей между плоскостями.

Правило 3: Сопоставление сетей с критическими различиями

Теоретически дифференциальные пары передают сигналы одинакового размера, но противоположной полярности, поскольку создаваемые ими электромагнитные помехи нейтрализуют друг друга или незначительны. Однако это работает только в том случае, если линии в паре имеют одинаковую длину и расположены как можно ближе друг к другу симметрично. Нарушение любого из этих требований может вызвать синфазный шум и проблемы с электромагнитными помехами. Это вызывает большую озабоченность, особенно для дифференциальных сетей, передающих высокочастотные критические сигналы, поскольку электромагнитные помехи увеличивают частоту передаваемых сигналов. На рисунке 5 показано несколько примеров правильного/неправильного подключения пар критических разностей между корпусом микросхемы и точками выхода (разъемами) на печатной плате.

Рисунок 5: Путь обратного тока с разделением в базовой плоскости

Соответствие сети критических различий: моделирование и связь с фактическими требованиями испытаний

В примере с печатной платой на рисунках 6A и 6b мы имеем простой случай, когда дифференциальные пары подключаются к печатной плате двумя разными способами: симметричным и асимметричным. В обоих случаях в SIwave они возбуждаются на одном конце источником дифференциального напряжения и подключаются на другом конце нагрузкой.

Рисунки 6A (слева) и B: Примеры дифференциальных пар для подключения к печатной плате.

В обоих случаях мы проводим анализ ближнего поля. В печатных платах с симметричной разводкой дифференциальных пар уровень ближнего поля ниже, чем в их несимметричной разводке, как показано на рис. 7А и 7б.

Рис. 7a (слева) и B: Ближнее поле @ 597.45 МГц с симметричными и асимметричными разностными парными сетями.

Предположим, мы хотим протестировать печатную плату в соответствии с требованиями по излучению излучения правил EMI/EMC AIS 004 (в Индии) или UNECE R10 (в Европе). На рис. 8 показан сравнительный анализ смоделированного дальнего поля на расстоянии 1 м от печатной платы в диапазоне частот 30 МГц – 1 ГГц. Обратите внимание, что случай асимметричных разностных пар увеличивает уровень излучения примерно на 8–10 дБ, а также приводит к несоответствию частотам 563.50 МГц и выше.

Рисунок 8: Сравнение излучения на расстоянии 1 м

Моделирование SIwave на уровне печатной платы позволяет заблаговременно выявлять такие проблемы с электромагнитными помехами, что может помочь оптимизировать печатные платы до того, как они будут разработаны для физических испытаний и даже моделирования более высокого уровня.

Отказ от ответственности: эта статья перепечатана из «электронного леса», эта статья представляет только личные взгляды автора, не отражает взгляды Саквея и отрасли, только воспроизводится и распространяется, поддерживает защиту прав интеллектуальной собственности, пожалуйста, укажите первоисточник и автор, если есть нарушение, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить.