Στα PCB, πολλά πράγματα μπορούν να προκαλέσουν ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή. Για παράδειγμα: ραδιοσυχνότητα ρεύματα, τάσεις κοινού τρόπου, βρόχους γείωσης, αναντιστοιχία σύνθετης αντίστασης και μαγνητική ροή. Για να ελέγξουμε την ΗΜΙ, πρέπει να μάθουμε αυτές τις αιτίες βήμα προς βήμα και να δούμε πώς επηρεάζουν την πλακέτα. Μπορούμε να μελετήσουμε τα μαθηματικά από την ηλεκτρομαγνητική θεωρία. Αλλά αυτός ο δρόμος είναι μακρύς και δύσκολος. Για τους περισσότερους μηχανικούς, οι σαφείς και απλές λέξεις είναι πιο χρήσιμες. Αυτό το άρθρο θα καλύψει: τις “πηγές ηλεκτρικών πεδίων” σε μια πλακέτα, τον τρόπο χρήσης των εξισώσεων του Maxwell και την ιδέα της ελαχιστοποίησης της μαγνητικής ροής.
1. Πηγές ηλεκτρικού πεδίου
1.1 Μοντέλο ηλεκτρικού διπόλου (χρονικά μεταβαλλόμενο)
Η πηγή των ηλεκτρικών πεδίων συχνά μοντελοποιείται ως ένα χρονικά μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό δίπολο. Αυτή είναι η αντίθετη ιδέα μιας μαγνητικής πηγής. Ηλεκτρικό δίπολο σημαίνει δύο κοντινά, αντίθετα σημειακά φορτία που μεταβάλλονται με το χρόνο. Τα δύο άκρα του διπόλου παρουσιάζουν μια αλλαγή στο φορτίο. Αυτό συμβαίνει επειδή το ρεύμα ρέει σε όλο το μήκος του διπόλου. Μπορείτε να μοντελοποιήσετε μια ηλεκτρική πηγή οδηγώντας μια μη τερματισμένη κεραία με ένα σήμα ταλαντωτή. Αυτό το κύκλωμα δείχνει πώς λειτουργεί μια ηλεκτρική πηγή. Αλλά δεν μπορείτε να το εξηγήσετε χρησιμοποιώντας μόνο ιδέες κυκλωμάτων χαμηλής συχνότητας.
Μην ξεχνάτε ότι η ταχύτητα διάδοσης του σήματος δεν είναι άπειρη. Η ταχύτητα εξαρτάται από τη διηλεκτρική σταθερά των μη μαγνητικών υλικών. Επειδή η ταχύτητα είναι πεπερασμένη, θα εμφανιστεί ρεύμα RF στο κύκλωμα. Οι άνθρωποι μερικές φορές υποθέτουν ότι το καλώδιο έχει την ίδια τάση σε κάθε σημείο και ότι το κύκλωμα είναι πάντα σε ισορροπία σε κάθε στιγμή. Αυτό δεν ισχύει στα RF.
1.2 Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία
Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο από ένα ηλεκτρικό δίπολο εξαρτάται από τέσσερα πράγματα:
- Πλάτος ρεύματος στο βρόχο: Το πεδίο είναι ανάλογο του ρεύματος που ρέει στο δίπολο.
- Πολικότητα διπόλου και κεραία μέτρησης: Η πολικότητα του διπόλου πρέπει να ταιριάζει με την πολικότητα της κεραίας του εργαλείου μέτρησης. Αυτό είναι σαν μια μαγνητική πηγή.
- Μέγεθος διπόλου: Το πεδίο είναι ανάλογο του μήκους του ρεύματος. Αλλά το μήκος της γραμμής πρέπει να είναι μόνο ένα μέρος του μήκους κύματος. Όσο μεγαλύτερο είναι το δίπολο, τόσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα που μετράται στην κεραία. Για ένα δεδομένο μέγεθος, η κεραία θα συντονίζεται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα.
- Απόσταση: Ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία συνδέονται. Η ισχύς τους εξαρτάται από την απόσταση. Στο μακρινό πεδίο, η συμπεριφορά είναι σαν μια βρόγχη (μαγνητική) πηγή και βλέπετε ένα ηλεκτρομαγνητικό επίπεδο κύμα. Κοντά στη σημειακή πηγή, η εξάρτηση του πεδίου από την απόσταση είναι ισχυρότερη.
1.3 Σχέσεις κοντινού πεδίου και μακρινού πεδίου
Το κοντινό και το μακρινό πεδίο περιλαμβάνουν τόσο μαγνητικά όσο και ηλεκτρικά μέρη. Όλα τα κύματα συνδυάζουν ηλεκτρικά και μαγνητικά μέρη. Αυτός ο συνδυασμός είναι το διάνυσμα Poynting. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει καθαρό “ηλεκτρικό κύμα” ή “μαγνητικό κύμα” μόνο. Μπορούμε να μετρήσουμε ένα επίπεδο κύμα επειδή, για μια μικρή κεραία αρκετά μήκη κύματος μακριά, το μέτωπο κύματος μοιάζει με επίπεδο.
Ένα μικρό σχέδιο μπορεί να βοηθήσει. Θα έδειχνε τη σύνθετη αντίσταση του κύματος και την απόσταση. Οι ετικέτες θα έγραφαν: αντίσταση κύματος- περιοχή που κυριαρχεί το ηλεκτρικό πεδίο με E = 1/r και H = 1/r²- επίπεδο κύμα με Z = 377 Ω- ασυμπτωτική γραμμή- πραγματικό σχήμα- περιοχή που κυριαρχεί το μαγνητικό πεδίο- περιοχή μετάβασης- κοντινό πεδίο H = 1/r³, E = 1/r²- μακρινό πεδίο- οριζόντιος άξονας 0,1, 0,5, 1,0, 5,0.
Αυτή η άποψη είναι το φυσικό “προφίλ” που βλέπει η κεραία. Σκεφτείτε το σαν να ρίχνετε μια πέτρα σε ένα ποτάμι και να βλέπετε κυματισμούς. Το πεδίο ακτινοβολεί από μια σημειακή πηγή με την ταχύτητα του φωτός. Η ταχύτητα εξαρτάται από τη διηλεκτρική σταθερά. Η μονάδα για το ηλεκτρικό πεδίο είναι V/m. Η μονάδα για το μαγνητικό πεδίο είναι A/m. Ο λόγος E προς H είναι η αντίσταση του ελεύθερου χώρου. Για ένα επίπεδο κύμα στον ελεύθερο χώρο, η κυματική αντίσταση Z₀ είναι σταθερή. Δεν εξαρτάται από την απόσταση ή από τη σημειακή πηγή. Ένα επίπεδο κύμα στον ελεύθερο χώρο μεταφέρει ενέργεια σε Watt ανά τετραγωνικό μέτρο.
1.4 Σύζευξη θορύβου και μοντέλα συνιστωσών σε τεμάχια
Για τις περισσότερες χρήσεις των εξισώσεων του Maxwell, μοντελοποιούμε τη σύζευξη θορύβου με ισοδύναμα μοναδιαία στοιχεία. Για παράδειγμα: ένα χρονικά μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ δύο αγωγών είναι σαν ένας πυκνωτής. Ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο μεταξύ των ίδιων δύο αγωγών είναι σαν αμοιβαία επαγωγή. Ένα σχήμα μπορεί να δείξει αυτές τις δύο διαδρομές σύζευξης θορύβου.
Για να είναι σωστά αυτά τα μοντέλα θορύβου, το κύκλωμα πρέπει να είναι μικρό σε σύγκριση με το μήκος κύματος του σήματος. Εάν αυτό δεν ισχύει, μπορούμε ακόμα να χρησιμοποιήσουμε μοντέλα μοναδιαίων εξαρτημάτων για την περιγραφή της ΗΜΣ. Γιατί; Επειδή οι εξισώσεις του Maxwell είναι δύσκολο να εφαρμοστούν σε πολλές πραγματικές περιπτώσεις λόγω πολύπλοκων ορίων. Εάν το μοντέλο με μοναδιαία στοιχεία φαίνεται περίπου σωστό, είναι χρήσιμο. Τα περισσότερα διακριτά εξαρτήματα συμπεριφέρονται συνήθως αξιόπιστα.
Ένα αριθμητικό μοντέλο δεν θα δείχνει πάντα πώς ο θόρυβος προκύπτει από τις παραμέτρους του συστήματος. Ένα μοντέλο μπορεί να είναι μια απάντηση, αλλά οι παράμετροι του συστήματος μπορεί να μην είναι γνωστές, να μην βρίσκονται ή να μην είναι ορατές. Μεταξύ των διαθέσιμων μοντέλων, τα μοντέλα μοναδιαίων στοιχείων είναι συχνά η καλύτερη πρακτική επιλογή.
1.5 Σημασία για τη διάταξη PCB
Γιατί μελετάμε αυτή τη θεωρία για Διάταξη PCB? Η απλή απάντηση: πρέπει να γνωρίζουμε πώς δημιουργούνται τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Τότε μπορούμε να μειώσουμε τα πεδία RF στην πλακέτα PCB. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να μειώσουμε τα ρεύματα RF στο κύκλωμα. Το ρεύμα RF συνδέεται με το δίκτυο διανομής σήματος, την παράκαμψη και τη σύζευξη. Το ρεύμα RF σχηματίζει τελικά αρμονικές και άλλο περιεχόμενο ψηφιακού σήματος. Τα δίκτυα διανομής σήματος πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερα. Αυτό μειώνει την περιοχή των βρόχων επιστροφής ρεύματος RF. Η παράκαμψη και η σύζευξη αφορούν μεγάλα ρεύματα και πρέπει να συμβαίνουν μέσω του δικτύου διανομής ισχύος. Εξ ορισμού, το δίκτυο διανομής ισχύος έχει μεγάλες περιοχές βρόχων επιστροφής ρεύματος RF.
2. Εφαρμογή των εξισώσεων του Maxwell
2.1 Σύνδεση των εξισώσεων του Maxwell με το νόμο του Ohm
Παρουσιάσαμε τις βασικές ιδέες του Maxwell παραπάνω. Αλλά πώς εφαρμόζουμε αυτές τις γνώσεις φυσικής και υπολογισμού στην ΗΜΣ σε μια πλακέτα PCB; Πρέπει να απλοποιήσουμε τις εξισώσεις του Maxwell για να τις χρησιμοποιήσουμε για ίχνη PCB. Μπορούμε να συνδέσουμε τις εξισώσεις του Maxwell με το νόμο του Ohm.
Ο νόμος του Ohm στο πεδίο του χρόνου:
V = I × R.
Ο νόμος του Ohm στο πεδίο της συχνότητας:
V_rf = I_rf × Z.
Εδώ V είναι η τάση, I είναι το ρεύμα, R είναι η αντίσταση και Z είναι η σύνθετη αντίσταση (Z = R + jX). rf σημαίνει ενέργεια ραδιοσυχνότητας. Εάν υπάρχει ρεύμα RF σε ένα ίχνος PCB που έχει σταθερή σύνθετη αντίσταση, θα δημιουργηθεί μια τάση RF. Η τάση RF είναι ανάλογη του ρεύματος RF. Σημείωση: στο κυματικό μοντέλο, το R αντικαθίσταται από το Z. Το Z είναι σύνθετο. Έχει αντίσταση (πραγματική) και αντίδραση (φανταστική).
2.2 Τύποι σύνθετης αντίστασης για καλώδια / ίχνη PCB
Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να γράψουμε την αντίσταση, ανάλογα με το αν εξετάζουμε την αντίσταση επίπεδων κυμάτων ή την αντίσταση κυκλώματος. Για καλώδια ή ίχνη PCB, χρησιμοποιούμε:
Γωνιακή συχνότητα:
ω = 2πf.
Επαγωγική αντίδραση:
X_L = 2πfL.
Χωρητική αντίδραση:
X_C = 1 / (2πfC).
Αντίσταση:
Z = R + jX_L + 1/(jX_C) = R + jωL + 1/(jωC).
Όταν ένα εξάρτημα έχει γνωστή αντίσταση και επαγωγή, για παράδειγμα ένα σφαιρίδιο φερρίτη σε καλώδιο, μια αντίσταση, ένας πυκνωτής ή συσκευές με παρασιτικά, πρέπει να λάβουμε υπόψη ότι η σύνθετη αντίσταση αλλάζει με τη συχνότητα.
2.3 Τρέχων μηχανισμός επιλογής διαδρομής
Πάνω από κάποια kHz, η αντίδραση γίνεται συνήθως μεγαλύτερη από το R. Αλλά όχι πάντα. Το ρεύμα επιλέγει τη διαδρομή με τη μικρότερη αντίσταση. Κάτω από κάποια kHz, η αντίσταση μπορεί να είναι η μικρότερη διαδρομή. Πάνω από κάποια kHz, η αντίδραση μπορεί να κυριαρχεί. Πολλά κυκλώματα λειτουργούν πάνω από τα kHz, οπότε η απλή ιδέα “το ρεύμα επιλέγει το μονοπάτι της μικρότερης αντίστασης” δεν εξηγεί πλέον πλήρως πώς ρέει το ρεύμα σε μια γραμμή μεταφοράς.
Για αγωγούς που μεταφέρουν ρεύμα πάνω από 10 kHz, το ρεύμα θα επιλέξει τη διαδρομή με τη μικρότερη αντίσταση. Εάν η σύνθετη αντίσταση φορτίου συνδέεται σε ένα καλώδιο, σύρμα ή ίχνος και είναι μεγαλύτερη από την παράλληλη χωρητικότητα στη διαδρομή μετάδοσης, η επαγωγή θα κυριαρχήσει. Εάν όλα τα συνδεδεμένα καλώδια έχουν παρόμοια διατομή, η διαδρομή με τη μικρότερη επιφάνεια βρόχου έχει τη μικρότερη αυτεπαγωγή. Όσο μικρότερη είναι η επιφάνεια του βρόχου, τόσο μικρότερη είναι η αυτεπαγωγή. Έτσι, το ρεύμα ρέει προς τα εκεί.
2.4 Επίδραση της επαγωγής ιχνών στην ενέργεια RF
Κάθε ίχνος έχει πεπερασμένη σύνθετη αντίσταση. Η αυτεπαγωγή των ιχνών είναι ο μόνος λόγος για τον οποίο η ενέργεια RF μπορεί να υπάρχει σε μια πλακέτα PCB. Τα μακριά καλώδια σύνδεσης μεταξύ ενός τσιπ πυριτίου και ενός μαξιλαριού τοποθέτησης μπορούν επίσης να προκαλέσουν ενέργεια RF. Η δρομολόγηση σε μια πλακέτα μπορεί να δημιουργήσει υψηλή επαγωγή, ειδικά όταν τα ίχνη είναι μακριά. Ένα μακρύ ίχνος σημαίνει ότι το μήκος κυκλικής διαδρομής είναι μεγάλο. Αυτό προκαλεί χρονική καθυστέρηση στο ίχνος. Ένα σήμα μπορεί να ξεκινήσει πριν επιστρέψει το προηγούμενο. Στο πεδίο της συχνότητας, ένα ίχνος γίνεται “μακρύ” όταν το συνολικό μήκος του είναι μεγαλύτερο από περίπου λ/10 σε μια συχνότητα που υπάρχει στο ίχνος.
Εν συντομία: μια τάση RF σε μια αντίσταση δημιουργεί ρεύμα RF. Αυτό το ρεύμα RF μπορεί να εκπέμψει ενέργεια στον ελεύθερο χώρο και να παραβιάσει τα όρια ΗΜΣ. Αυτά τα παραδείγματα συνδέουν τις εξισώσεις του Maxwell με τη δρομολόγηση PCB με απλά μαθηματικά.
2.5 Κανόνας δεξιού χεριού για την κατεύθυνση της μαγνητικής ροής
Ο Μάξγουελ λέει ότι το κινούμενο φορτίο σε ένα ίχνος δημιουργεί ρεύμα. Το ρεύμα δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Αυτές οι μαγνητικές γραμμές ροής ακολουθούν το ίχνος. Χρησιμοποιήστε τον κανόνα του δεξιού χεριού για να βρείτε την κατεύθυνση της ροής. Στρέψτε τον αντίχειρά σας προς την κατεύθυνση του ρεύματος. Τα καμπυλωμένα δάχτυλά σας δείχνουν το μαγνητικό πεδίο γύρω από το ίχνος. Ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα κάθετο ηλεκτρικό πεδίο. Η ακτινοβολία RF είναι το μείγμα αυτού του μαγνητικού και ηλεκτρικού πεδίου. Τα πεδία μπορούν να εγκαταλείψουν την πλακέτα με ακτινοβολία ή με αγωγή κατά μήκος συνδεδεμένων καλωδίων.
Σημειώστε ότι το μαγνητικό πεδίο κινείται γύρω από ένα κλειστό όριο βρόχου. Σε μια πλακέτα PCB, η πηγή οδηγεί ρεύμα RF από την πηγή στο φορτίο μέσω ενός ίχνους. Το ρεύμα RF πρέπει να επιστρέψει στην πηγή (νόμος του Ampere). Αυτό δημιουργεί έναν βρόχο ρεύματος RF. Ο βρόχος δεν χρειάζεται να είναι κυκλικός, αλλά συχνά είναι σπειροειδής. Επειδή η διαδρομή επιστροφής δημιουργεί έναν κλειστό βρόχο, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ακτινοβολούμενο ηλεκτρικό πεδίο. Στο κοντινό πεδίο, τα μαγνητικά μέρη μπορεί να κυριαρχούν. Αλλά στο μακρινό πεδίο, ο λόγος E/H (σύνθετη αντίσταση κύματος) είναι περίπου 120π Ω ή 377 Ω. Αυτή η τιμή δεν εξαρτάται από την πηγή. Έτσι, στο μακρινό πεδίο, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει μια κεραία βρόχου και έναν ευαίσθητο δέκτη για να μετρήσει το μαγνητικό μέρος. Το λαμβανόμενο ρεύμα είναι E/(120π) σε A/m αν το E είναι σε V/m. Μπορείτε επίσης να μετρήσετε το ηλεκτρικό μέρος με κατάλληλα εργαλεία στο κοντινό πεδίο.
2.6 Σημασία των κυκλωμάτων κλειστού βρόχου
Μια άλλη απλή άποψη του RF σε PCB προέρχεται από τα τυπικά κυκλώματα που παρουσιάζονται στα σχήματα. Χρησιμοποιήστε ανάλυση στο πεδίο του χρόνου και στο πεδίο της συχνότητας. Οι νόμοι Kirchhoff και Ampere λένε ότι για να λειτουργήσει ένα κύκλωμα πρέπει να υπάρχει ένας κλειστός βρόχος. Ο νόμος τάσης του Kirchhoff λέει ότι το άθροισμα της τάσης γύρω από κάθε κλειστή διαδρομή είναι μηδέν. Ο νόμος του Ampere λέει ότι ένα ρεύμα κάνει μαγνητική επαγωγή σε ένα σημείο, με βάση το ρεύμα και τη γεωμετρία.
Εάν δεν υπήρχε κλειστός βρόχος, ένα σήμα δεν θα μπορούσε να ταξιδέψει από την πηγή στο φορτίο σε μια γραμμή μεταφοράς. Όταν ένας διακόπτης κλείνει, το κύκλωμα σχηματίζεται και ρέει εναλλασσόμενο ή συνεχές ρεύμα. Στο πεδίο της συχνότητας, αυτό το ρεύμα είναι ενέργεια RF. Δεν υπάρχει ξεχωριστό είδος ρεύματος στο πεδίο του χρόνου ή της συχνότητας. Υπάρχει ένα ρεύμα και μπορούμε να το δούμε και στα δύο πεδία. Το μονοπάτι επιστροφής RF πρέπει να υπάρχει από το φορτίο στην πηγή, διαφορετικά το κύκλωμα δεν μπορεί να λειτουργήσει. Επομένως, η δομή του PCB πρέπει να υπακούει στους Maxwell, Kirchhoff και Ampere.
Όλοι αυτοί οι νόμοι λένε: για να λειτουργήσει ένα κύκλωμα όπως αναμένεται, πρέπει να υπάρχει ένα δίκτυο κλειστού βρόχου. Ένα σχήμα θα έδειχνε ένα τέτοιο τυπικό κύκλωμα. Όταν ένα ίχνος πηγαίνει από την πηγή στο φορτίο, πρέπει να υπάρχει η διαδρομή του ρεύματος επιστροφής του. Αυτός είναι ο Kirchhoff και ο Ampere.
Ένα δεύτερο σχήμα θα έδειχνε έναν διακόπτη και έναν οδηγό Ε σε σειρά. Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, το κύκλωμα λειτουργεί. Αν είναι ανοιχτό, δεν λειτουργεί. Στο πεδίο του χρόνου, το επιθυμητό σήμα πηγαίνει από την πηγή στο φορτίο. Το σήμα πρέπει να έχει μια διαδρομή επιστροφής, συνήθως μέσω μιας αναφοράς γείωσης 0V. Τα ρεύματα RF ρέουν από την πηγή στο φορτίο και επιστρέφουν μέσω της διαδρομής με τη μικρότερη αντίσταση. Συχνά αυτό γίνεται μέσω ενός ίχνους ή επιπέδου γείωσης, ενός επιπέδου καθρέφτη. Χρησιμοποιήστε το νόμο του Αμπέρ για να εξηγήσετε το ρεύμα RF.
3. Ελαχιστοποίηση ροής (Ελαχιστοποίηση μαγνητικής ροής)
3.1 Μηχανισμός παραγωγής μαγνητικής ροής
Πριν μελετήσουμε “πώς εμφανίζεται η ΗΜΙ σε μια πλακέτα”, πρέπει να μάθουμε πώς σχηματίζονται οι μαγνητικές γραμμές στις γραμμές μεταφοράς. Η μαγνητική ροή είναι μια βασική ιδέα. Η ροή σχηματίζεται όταν το ρεύμα διαρρέει μια σταθερή ή μεταβαλλόμενη αντίσταση. Η σύνθετη αντίσταση υπάρχει στα ίχνη, στα καλώδια των εξαρτημάτων, στα vias κ.ο.κ. Εάν υπάρχει ροή στην πλακέτα, ο Maxwell λέει ότι υπάρχουν επίσης μονοπάτια ενέργειας RF. Αυτά τα μονοπάτια μπορούν να ακτινοβολούν στον ελεύθερο χώρο ή να απομακρύνονται μέσω καλωδίων.
3.2 Αρχή της ακύρωσης ροής
Για να αφαιρέσουμε το ρεύμα RF στην πλακέτα, χρησιμοποιούμε την “ακύρωση ροής” ή την “ελαχιστοποίηση ροής”. Οι μαγνητικές γραμμές τρέχουν προς μία κατεύθυνση γύρω από το ίχνος. Αν κάνουμε το μονοπάτι επιστροφής RF παράλληλο και κοντά στο ίχνος της πηγής, τότε το πεδίο του μονοπατιού επιστροφής τρέχει αντίθετα από το πεδίο της πηγής. Όταν τα πεδία διατρέχουν αντίθετες κατευθύνσεις, ακυρώνονται. Εάν η ανεπιθύμητη ροή μεταξύ πηγής και επιστροφής ακυρωθεί ή διατηρηθεί μικρή, δεν θα υπάρχει ακτινοβολία ή αγώγιμο ρεύμα RF, εκτός από πολύ μικρές άκρες ιχνών. Η έννοια της ακύρωσης της ροής είναι απλή. Αλλά κατά το σχεδιασμό, προσέξτε για παγίδες και μικρά λάθη. Ένα μικρό λάθος μπορεί να προκαλέσει πολλά επιπλέον προβλήματα που δυσκολεύουν την αποσφαλμάτωση.
Η ευκολότερη μέθοδος ακύρωσης ροής είναι η χρήση ενός επιπέδου εικόνας (επίπεδο καθρέφτη). Ανεξάρτητα από το πόσο καλά δρομολογείτε, ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία θα υπάρχουν πάντα. Αλλά αν ακυρώσετε τις μαγνητικές γραμμές, η ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή εξαφανίζεται. Είναι τόσο απλό.
3.3 Συμβουλές ελαχιστοποίησης της ροής στη διάταξη PCB
Πώς να ακυρώσετε τη ροή στη διάταξη PCB; Υπάρχουν πολλές συμβουλές. Δεν ακυρώνουν όλες άμεσα τη ροή. Μερικές κοινές:
- Χρησιμοποιήστε πλακέτες πολλαπλών στρώσεων με σωστή ανάθεση στοίβαξης και έλεγχο σύνθετης αντίστασης.
- Οδηγήστε τα ίχνη του ρολογιού κοντά στο επίπεδο γείωσης επιστροφής (σε πολυστρωματικά PCB). Για πλακέτες μονής ή διπλής όψης, χρησιμοποιήστε ίχνη γείωσης ή ίχνη προστασίας κοντά σε ίχνη ρολογιού.
- Σύλληψη της μαγνητικής ροής από το εσωτερικό των πλαστικών συσκευασιών στην αναφορά 0V για τη μείωση της ακτινοβολίας των εξαρτημάτων.
- Επιλέξτε προσεκτικά τα λογικά εξαρτήματα για να μειώσετε το φάσμα RF που εκπέμπουν τα εξαρτήματα. Χρησιμοποιήστε συσκευές με βραδύτερους ρυθμούς ακμής όταν είναι δυνατόν.
- Μειώστε την τάση οδήγησης RF από τους οδηγούς ρολογιού (TTL/CMOS) για να μειώσετε το ρεύμα RF στα ίχνη.
- Χαμηλότερη τάση θορύβου γείωσης που υπάρχει μεταξύ των επιπέδων ισχύος και γείωσης.
- Όταν πολλοί ακροδέκτες της συσκευής αλλάζουν ταυτόχρονα για να οδηγήσουν ένα μεγάλο χωρητικό φορτίο, παρέχετε αρκετή αποσύζευξη για το τμήμα.
- Τερματίστε σωστά τα ίχνη ρολογιού και σήματος για να αποφύγετε το κουδούνισμα, την υπερύψωση και την υπούψωση.
- Χρησιμοποιήστε φίλτρα γραμμής δεδομένων και πηνία κοινού τρόπου σε δίκτυα που τα χρειάζονται.
- Για τα εξωτερικά καλώδια εισόδου/εξόδου, χρησιμοποιήστε σωστά τους πυκνωτές παράκαμψης (όχι ως αποσύζευξη).
- Για εξαρτήματα που εκπέμπουν πολλή ενέργεια RF κοινού τρόπου, δώστε τους μια γειωμένη ψύκτρα.
3.4 Άλλες αιτίες ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής σε PCBs
Η εξέταση του καταλόγου δείχνει ότι η μαγνητική ροή είναι μόνο ένα μέρος της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής στις πλακέτες PCB. Άλλες αιτίες περιλαμβάνουν:
- Ρεύματα κοινού τρόπου και διαφορικού τρόπου μεταξύ των καλωδίων κυκλώματος και εισόδου/εξόδου.
- Βρόχοι γείωσης που δημιουργούν δομές μαγνητικού πεδίου.
- Εξαρτήματα ακτινοβολίας.
- Αντιστοιχία σύνθετης αντίστασης.
Σημείωση: η περισσότερη ακτινοβολία ΗΜΙ προέρχεται από τάσεις κοινού τρόπου. Σε μια πλακέτα ή ένα κύκλωμα, αυτά τα επίπεδα κοινού τρόπου μπορούν να μετατραπούν σε μικρά πεδία.
Συμπέρασμα
Για να απομακρύνετε την ΗΜΙ στις πλακέτες PCB, ξεκινήστε με τη μείωση της μαγνητικής ροής. Το να το λέτε είναι εύκολο, αλλά το να το κάνετε είναι πιο δύσκολο. Η ενέργεια RF είναι αόρατη και δύσκολο να βρεθεί. Εντοπίζοντας πού ρέει το ρεύμα RF και προς τα πού ρέει, και χρησιμοποιώντας τις παραπάνω συμβουλές και τους κανόνες από τους Maxwell, Kirchhoff και Ampere, μπορείτε να περιορίσετε την ύποπτη περιοχή. Στη συνέχεια, βρείτε την πραγματική πηγή ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής και αφαιρέστε την.
