Günümüzün elektronik pazarı, minyatür baskılı devre kartları (PCBS) üzerindeki çok sayıda yüksek hızlı fonksiyonun tek bir kart üzerinde entegrasyonunu gerektiriyor; bu da tasarımcıların ambalaj ve alanı optimize etmek için kabloları birbirine çok yakın yerleştirmesine yol açıyor. Bu yakınlık, Çapraz Karışma olarak bilinen bir olgu olan, elektromanyetik alanların beklenmedik şekilde birleşmesine yol açabilir (bkz. Şekil 1).

Şekil 1: Potansiyel karışma sorunları olan bir PCB üzerindeki bitişik hatların grafiksel gösterimi.

Yüksek yoğunluklu paketleme kaçınılmaz olmasına rağmen, potansiyel karışma ve elektromanyetik girişim/uyumluluk (EMI/EMC) sorunlarından kaçınmak için PCB üzerindeki kablolamaya ilişkin belirli PCB tasarım kuralları ihlal edilmemelidir.

(Aşağıdaki bölümlerde "kritik ağ" ifadesi, PCB'nin uygulamasına bağlı olarak PCB üzerindeki yüksek hızlı saat/veri hatlarını, önemli sensör hatlarını vb. ifade eder.)

Kural 1: G/Ç ağlarının yakınındaki anahtar ağlar

G/Ç hatlarıyla ilişkili kritik ağın kablolarına bakmak önemlidir, çünkü gürültü, PCB'ye giren ve çıkan bu G/Ç hatları aracılığıyla karta kolayca bağlanabilir (bkz. Şekil 2) veya bilgisayara taşınabilir. diğer kurullar.

Şekil 2: Kritik ağ ve G/Ç ağının birbirine yakın kablolandığı bir senaryonun şematik diyagramı.

G/Ç hattı üzerinden karta giren herhangi bir gürültü, önemli veri/saat sinyallerini taşıyan kritik ağa bağlanma potansiyeline sahiptir, bu da temel olarak bir PCB bağışıklık sorunudur (Şekil 3A). Benzer şekilde, kritik ağ tarafından taşınan herhangi bir yüksek hızlı sinyal, I/O ağına bağlanabilir ve sonunda dış dünyaya ve sistemdeki diğer modüllere, kart dışındaki I/O hatları aracılığıyla iletilebilir. Prensipte bu PCB için bir radyasyon sorunu olacaktır (Şekil 3B).

Şekil 3A (sol) ve 3B: Kritik ağların ve G/Ç ağlarının yakınlığından kaynaklanan olası EMI/EMC sorunları

Kural 2: Açıkta kalan kritik iz uzunluğu

Kısa dalga boyunda yüksek hızlı PCBS (& GT; 100MHz), herhangi bir kritik ağın elektriksel uzunluğu (bkz. şekil 4a), özellikle üst veya alt katmanlara maruz kaldığında onu etkili bir radyasyon kaynağı yapmaya yeterlidir. Bu istenmeyen radyasyon herhangi bir bitişik kabloya, hatta kabloya yakın bir cihazdaki kabloya bile bağlanabilir. Kritik ağı, Şekil 4b'de gösterildiği gibi PCB'nin iç katmanının katı düzlemleri arasına gömmenizi öneririz. Bu, alanın hattan yalıtılmasına ve çapraz karışma veya EMI biçiminde istenmeyen bağlantıların önlenmesine yardımcı olur. Bu kritik ağların dış katmanda açığa çıkması gerekiyorsa, açıkta kalan kısmın uzunluğu mümkün olduğu kadar küçük olmalıdır. Bunun nedeni, açıkta kalan kabloların uzunluğu ne kadar kısa olursa, o kadar az radyasyon yaymaları, çünkü elektriksel olarak küçük olsalardı verimsiz antenler olmalarıdır.

İncir. 4A (sol) ve B: Düzlemler arasındaki açık veya kapalı kritik ağların diyagramları

Kural 3: Kritik fark ağı eşleştirmesi

Teorik olarak, diferansiyel çiftler eşit büyüklükte ancak zıt kutuplarda sinyaller iletirler çünkü onların ürettiği EMI birbirini iptal eder veya ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak bu yalnızca çiftteki çizgiler aynı uzunlukta ve simetrik olarak mümkün olduğu kadar birbirine yakınsa işe yarar. Bunlardan herhangi birinin ihlali, ortak mod gürültüsüne ve EMI sorunlarına neden olabilir. Bu, özellikle yüksek frekanslı kritik sinyalleri taşıyan diferansiyel ağlar için büyük bir endişe kaynağıdır çünkü EMI, taşınan sinyallerin frekansını artırır. Şekil 5, IC paketi ile devre kartı üzerindeki çıkış noktaları (konektörler) arasındaki kritik fark çiftlerinin doğru/yanlış şekilde kablolanmasına ilişkin birkaç örneği göstermektedir.

Şekil 5: Referans düzleminde bölünmüş mevcut dönüş yolu

Kritik Fark ağ eşleştirmesi: Simülasyon ve gerçek test gereksinimleriyle ilişki

Şekil 6A ve 6b'deki PCB örneğinde, diferansiyel çiftlerin PCB'ye iki farklı şekilde bağlandığı basit bir durumumuz var: simetrik ve asimetrik. Her iki durumda da SIwave'de bir uçtan diferansiyel voltaj kaynağı tarafından uyarılırlar ve diğer uçtan bir yük ile bağlanırlar.

Şekil 6A (sol) ve B: PCB üzerindeki kablolama için diferansiyel çift örnekleri

Her iki durumda da yakın alan analizi yapıyoruz. Diferansiyel çift simetrik kablolamaya sahip PCBS'de yakın alan seviyesi, Şekil 7'de gösterildiği gibi asimetrik kablolamaya göre daha düşüktür. 7A ve XNUMXb.

İncir. 7a (sol) ve B: Simetrik ve asimetrik fark çifti ağlarıyla yakın alan @ 597.45 MHz

PCB'yi EMI/EMC düzenlemeleri AIS 004 (Hindistan'da) veya UNECE R10 (Avrupa'da) radyant emisyon gereksinimlerine göre test etmek istediğimizi varsayalım. Şekil 8, 1 MHz - 30 GHz frekans aralığında PCB'den 1 m uzaklıkta simüle edilmiş uzak alanın karşılaştırmalı analizini göstermektedir. Asimetrik fark çiftleri durumunun emisyon seviyesini yaklaşık 8 ila 10 dB artırdığını ve ayrıca 563.50 MHz ve daha yüksek frekanslarla uyumsuzluğa yol açtığını unutmayın.

Şekil 8: 1 m radyasyonun karşılaştırılması

SIwave'in PCB seviyesindeki simülasyonu, bu tür EMI sorunlarının erken tanımlanmasını sağlar; bu da PCB'lerin fiziksel testler ve hatta daha yüksek seviyeli simülasyonlar için tasarlanmadan önce optimize edilmesine yardımcı olabilir.

Yasal Uyarı: Bu makale "elektronik orman"dan yeniden basılmıştır, bu makale yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil eder, Sakwei'nin ve sektörün görüşlerini temsil etmez, yalnızca çoğaltılır ve paylaşılır, fikri mülkiyet haklarının korunmasını destekler, lütfen orijinal kaynağı belirtin ve yazar, ihlal varsa silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.