Åtgärder mot störningar vid konstruktion av PCB-kretskort

Om du letar efter åtgärder mot störningar i PCB-kretskortsdesign har du kommit till rätt ställe. Dessa åtgärder omfattar skärmning, jordning, överföringsledningar och lågpassfilter. Dessa åtgärder kan hjälpa till att förhindra EMI och buller, samt förbättra prestandan hos dina elektroniska produkter.

Skärmning

Avskärmning är en viktig del av designprocessen för PCB-kretskort. Den förhindrar att EMI, eller elektromagnetiska störningar, påverkar kretskortet. EMI orsakas av elektriska signaler, som ofta har högre frekvens än kretskortet självt. Metallskärmar eller burkar på kretskortet hjälper till att blockera denna typ av störningar. Avskärmning är en viktig aspekt av mönsterkortsdesign, oavsett om kortet är avsett för analoga eller digitala kretsar.

Vanligtvis består skärmningsmaterialet av flera kopparskikt. Dessa kopparskikt är anslutna till varandra med sömmade vior, och det skärmande skiktet är inklämt mellan dem. Ett massivt kopparlager ger högre avskärmning, medan korsade kopparlager ger avskärmning utan att kompromissa med flexibiliteten.

Skärmande material är ofta tillverkade av koppar eller tenn. Dessa metaller är användbara för att skärma av kretsar, eftersom de isolerar dem från resten av kortet. Skärmning kan också ändra tjockleken på en flexibel krets. Som ett resultat kan det sänka böjkapaciteten. Avskärmningsmaterial bör väljas med omsorg, eftersom det finns vissa gränser för hur flexibelt ett kretskort kan vara.

Jordning

Jordning i PCB-kretskortsdesign är viktigt för att upprätthålla signalintegritet och minimera EMI. Ett referensjordplan ger en ren returväg för signaler och skyddar höghastighetskretsar från EMI. Korrekt PCB-jordning kan också hjälpa till med strömkretsar. Det finns dock flera faktorer att tänka på vid PCB-kretsdesign innan du börjar.

Isolera först analoga jordpunkter från strömförsörjningsplanet. Detta kan förhindra spänningsspikar på effektplanet. Fördela dessutom avkopplingskondensatorer över hela kortet. För digitala komponenter bör du använda en avkopplingskondensator med samma värde som effektplanet. För det andra, undvik att fördela jordplanet på mer än ett lager, vilket kommer att öka loopområdet.

Jordplan får inte placeras för nära de elektroniska komponenterna. Elektromagnetisk induktion (EMI) gör att signaler kopplas om två spår placeras för nära varandra. Detta fenomen kallas för överhörning. Jordplan är konstruerade för att minimera överhörning och minska EMI.

Kraftledningar

Transmissionsledningar är viktiga vid design av PCB-kretskort eftersom de kan påverka kortets funktionalitet. En transmissionslednings egenskaper inkluderar karakteristisk impedans och fördröjning. Om dessa parametrar inte kontrolleras kan de orsaka signalreflexer och elektromagnetiskt brus. Detta försämrar signalkvaliteten och kan äventyra kretskortets integritet.

Transmissionsledningar kan ha olika former, t.ex. striplines och koplanära vågledare. Varje typ av transmissionsledning har en karakteristisk impedans, som bestäms av bredden och tjockleken på den ledande remsan. Till skillnad från andra typer av transmissionsledningar kräver striplines inte ett enda jordplan, eftersom den ledande remsan kan vara inbäddad mellan två olika lager.

En annan typ av transmissionsledning är mikrostrips, som vanligtvis används på det yttersta lagret av ett PCB-kretskort. Dessa typer av spår har hög karakteristisk impedans, som varierar med frekvensen. Denna skillnad i impedans leder till reflektion av signalen, som färdas i motsatt riktning. För att undvika denna effekt måste impedansen vara lika med källans utgångsimpedans.

Lågpassfilter

Lågpassfilter används för att filtrera signaler, t.ex. radiovågor, vid låga frekvenser. Genom att använda kondensatorer som lågpassfilter i en PCB-kretskortsdesign kan man förbättra en krets prestanda. Det är dock inte alltid möjligt att använda Rogers 4003-kretskortsmaterial, och det är inte alltid tillgängligt på marknaden.

Ferriter används ofta som lågpassfilter, men detta material är känsligt för mättnad när det utsätts för likström. Därför är det inte alltid möjligt att använda det som lågpasselement om kretsens impedans är högre än ferritens impedans.