שוק האלקטרוניקה של היום דורש שילוב של פונקציות מהירות גבוהות מרובות על לוחות מעגלים מודפסים ממוזערים (PCBS) על לוח בודד, מה שמוביל מעצבים למקם את החיווט קרוב מאוד זה לזה כדי לייעל את האריזה והמרחב. קרבה זו עלולה להוביל לצימוד בלתי צפוי של שדות אלקטרומגנטיים, תופעה המכונה Crosstalk (ראה איור 1).

איור 1: ייצוג גרפי של קווים סמוכים על גבי PCB עם בעיות הצלבה אפשריות.

למרות אריזה בצפיפות גבוהה היא בלתי נמנעת, אין להפר כללים מסוימים של עיצוב PCB הקשורים לחיווט על ה-PCB כדי למנוע בעיות פוטנציאליות של דיבור הצלב והפרעות/תאימות אלקטרומגנטיות (EMI/EMC).

(בסעיפים הבאים, הביטוי "רשת קריטית" מתייחס לאותם קווי שעון/נתונים מהירים, קווי חיישן חשובים וכו', על גבי PCB, בהתאם ליישום ה-PCB.)

כלל 1: רשתות מפתח ליד רשתות קלט/פלט

חשוב להסתכל על החיווט של הרשת הקריטית הקשורה לקווי ה-I/O, מכיוון שניתן לחבר בקלות רעש ללוח דרך קווי I/O אלה הנכנסים ויוצאים מה-PCB (ראה איור 2) או מועבר אל הלוח. לוחות אחרים.

איור 2: דיאגרמה סכמטית של תרחיש שבו הרשת הקריטית ורשת הקלט/פלט מחוברות זו לזו.

לכל רעש שנכנס ללוח דרך קו ה-I/O יש פוטנציאל להיות מחובר לרשת הקריטית הנושאת אותות נתונים/שעון חשובים, שהיא בעצם בעיה של חסינות PCB (איור 3A). באופן דומה, ניתן לחבר כל אותות במהירות גבוהה הנישאת על ידי הרשת הקריטית לרשת ה-I/O ובסופו של דבר להעביר לעולם החיצון ואל מודולים אחרים במערכת באמצעות קווי I/O מחוץ ללוח. באופן עקרוני, זו תהיה בעיית קרינה עבור ה-PCB (איור 3B).

איורים 3A (משמאל) ו-3B: בעיות EMI/EMC פוטנציאליות הנגרמות כתוצאה מקרבה של רשתות קלט/פלט קריטיות

כלל 2: אורך עקבות קריטי חשוף

בקיצור אורך גל מהיר PCBS (& GT; 100MHz), האורך החשמלי של כל רשת קריטית (ראה איור 4א) מספיק כדי להפוך אותה למקור קרינה יעיל, במיוחד כאשר היא נחשפת לשכבה העליונה או התחתונה. קרינה לא רצויה זו יכולה להיות מחוברת לכל כבל סמוך, אפילו לכבל במכשיר קרוב לכבל. אנו ממליצים לקבור את הרשת הקריטית בין המישורים המוצקים של השכבה הפנימית של ה-PCB, כפי שמוצג באיור 4b. זה עוזר לאטום את השדה מהקו ולהימנע מכל צימוד לא מכוון בצורה של הצלבה או EMI. אם יש לחשוף את הרשתות הקריטיות הללו בשכבה החיצונית, אורך החלק החשוף צריך להיות קטן ככל האפשר. הסיבה לכך היא שככל שאורך החוטים החשופים קצר יותר, כך הם פולטים פחות קרינה, כי אם הם היו קטנים מבחינה חשמלית, הם היו אנטנות לא יעילות.

תאנים. 4A (משמאל) ו-B: דיאגרמות של רשתות קריטיות חשופות או סגורות בין מישורים

כלל 3: התאמת רשת הבדל קריטי

בתיאוריה, זוגות דיפרנציאליים משדרים אותות בגודל שווה אך בקוטביות הפוכה, מכיוון שה-EMI המופק על ידם מבטל זה את זה או זניח. עם זאת, זה עובד רק אם הקווים בזוג הם באותו אורך וקרובים זה לזה ככל שניתן באופן סימטרי. הפרה של כל אחד מאלה עלולה לגרום לרעש במצב נפוץ ולבעיות EMI. זה מעורר דאגה רבה, במיוחד עבור רשתות דיפרנציאליות הנושאות אותות קריטיים בתדר גבוה, מכיוון ש-EMI מגביר את תדירות האותות הנישאים. איור 5 מציג מספר דוגמאות של חיווט בדרך הנכונה/לא נכונה של זוגות הבדלים קריטיים בין חבילת ה-IC ונקודות היציאה (מחברים) בלוח המעגלים.

איור 5: החזרת נתיב זרם עם פיצול במישור הייחוס

התאמת רשת הבדל קריטי: סימולציה ויחס לדרישות הבדיקה בפועל

בדוגמה של PCB באיורים 6A ו-6b, יש לנו מקרה פשוט שבו זוגות דיפרנציאליים מחווטים על ה-PCB בשתי דרכים שונות: סימטרית ואסימטרית. בשני המקרים, ב-SIwave, הם נרגשים בקצה אחד על ידי מקור מתח דיפרנציאלי ומחוברים בקצה השני על ידי עומס.

איורים 6A (משמאל) ו-B: דוגמאות לזוגות דיפרנציאליים לחיווט על גבי PCB

אנו מבצעים ניתוח שדה קרוב בשני המקרים. ב-PCBS עם חיווט סימטרי של זוג דיפרנציאלי, רמת השדה הקרוב נמוכה יותר מאשר בחיווט הא-סימטרי שלהם, כפי שמוצג באיורים. 7א ו-7ב.

תאנים. 7a (משמאל) ו-B: שדה קרוב @ 597.45 מגה-הרץ עם רשתות זוג הבדלים סימטריים וא-סימטריים

נניח שאנו רוצים לבדוק את ה-PCB בהתאם לדרישות פליטת הקרינה של EMI/EMC AIS 004 (בהודו) או UNECE R10 (באירופה). איור 8 מציג ניתוח השוואתי של השדה הרחוק המדומה במרחק של 1 מ' מה-PCB בטווח התדרים 30 מגה-הרץ - 1 ג'יגה-הרץ. שימו לב שהמקרה של צמדי הבדל א-סימטריים מעלה את רמת הפליטה בכ-8 עד 10 dB וגורם גם לאי התאמה לתדרים של 563.50 מגה-הרץ ומעלה.

איור 8: השוואה של קרינה של 1 מ'

הסימולציה של SIwave ברמת ה-PCB מאפשרת זיהוי מוקדם של בעיות EMI כאלה, מה שיכול לסייע באופטימיזציה של PCBS לפני שהן מיועדות לבדיקות פיזיות ואפילו סימולציות ברמה גבוהה יותר.

כתב ויתור: מאמר זה נדפס מחדש מתוך "יער אלקטרוני", מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, אינו מייצג את דעותיהם של Sakwei והתעשייה, רק משוכפל ומשותף, תומך בהגנה על זכויות קניין רוחני, נא לציין את המקור המקורי ומחבר, אם יש הפרה, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק.