Три ключевые стратегии проектирования для оптимальной ЭМС в печатных платах ноутбуков

Когда речь идет о печатных платах ноутбуков, обычно выбирается 6-слойная или 8-слойная печатная плата. Однако, основанно на соображениях стоимости, 6-слойная печатная плата является оптимальным выбором для проектировщиков печатных плат. К сожалению, ЭМС-дизайн (электромагнитная совместимость) для 6-слойной печатной платы мучил дизайнеров плат.

Разработка дизайна ноутбука — такая сложная процедура, что ЭМС-дизайн должен быть тщательно рассмотрен от начала до конца. На самом деле, достижение оптимальной ЭМС зависит от трех ключевых соображений, которые будут представлены и подробно обсуждены в этой статье.

Первое соображение: Проектирование схемы

В процессе проектирования печатной платы ноутбука первым шагом является реализация проектирования схемы, то есть общая компоновка и макрраспределение продуктов должны быть определены до аутентичной разработки, включая позиции чипов и отверстий. Затем инженер ЭМС выполнит оценку ЭМС для корректировки позиций чипов и требований отверстий, чтобы они соответствовали требованиям ЭМС, таким как позиции мостиков, позиция тактового чипа и трассировка. Эскиз печатной платы ноутбука может быть нарисован для лучшей оценки ЭМС.

Оценка ЭМС в основном охватывает следующие аспекты:

• Позиция трассировки и маршрутизация. Должна инспектироваться маршрутизация соединительных проводов между LCD и материнской платой или трассировка разъемов FFC-FPC.
• Инспекция ограничения высоты печатной платы. Высокоскоростные сигнальные провода не могут быть размещены в зоне нулевой высоты, которая относится к печатной плате вместе с окружающими конфигурациями. Окружающие конфигурации содержат HDD, ODD и т.д.
• Инспекция области экранирования корпуса. Высокоскоростные сигнальные линии не могут быть размещены в экспонированной зоне или зоне с разделением, потому что они снижают эффективность экранирования, такую как позиция клавиатуры, крышка памяти и т.д.
• Инспекция крышки ноутбука. Включает аппаратную крышку и крышку памяти, чтобы точка заземления могла быть соединена с экранированием корпуса для каждого 30 мм.
• Инспекция заземления маленьких печатных плат в каждом блоке — идеальное соединение должно быть гарантировано между маленькими печатными платами в каждом блоке и заземлением через винты, чтобы избежать большого импеданса заземления и остановить шумовые сигналы от излучения в пространство.
• Зарезервированная точка заземления должна быть сохранена для некоторых специализированных схем для обеспечения низкого импеданса заземления.
• Инспекция области шума питания. Нестабильность области питания приведет весь дизайн к неудаче или заставит чипы далеко от стабильности, предоставляя нестабильное питание каждому чипу с генерируемым нарушением.
• Одно правило с наибольшей значимостью: компоновка ведущих чипов на печатной плате и их тренд трассировки должны быть подтверждены и инспектированы.

Второе соображение: Проектирование печатной платы

Проектирование печатной платы — такое значительное звено в стремлении к ЭМС, что отличное проектирование печатной платы является предусловием достижения оптимальной ЭМС. Проектирование печатной платы без учета ЭМС несомненно приведет к потере денег и времени. Первый вопрос, который проектирование печатной платы должно задать: как генерируется электромагнитная помеха (ЭМИ) и почему она передается. Оптимальное проектирование печатной платы не будет получено, если оба вопроса не будут точно отвечены. Ответ на эти вопросы будет обсужден в следующей части этой статьи. Идеальное правило проектирования печатной платы гласит: ЭМС должна рассматриваться в начале дизайна и рациональность дизайна должна быть соблюдена. Более того, технология трассировки с низкой стоимостью лучше применяется. Детальные правила дизайна для печатной платы включают:

• Высокоскоростные сигнальные провода не могут быть уложены под разъемами, а схема питания должна быть далеко от разъемов.
• Высокоскоростные сигнальные провода не могут быть уложены на краю печатной платы на любой плоскости, и интервал между краем платы и этими проводами должен быть не менее 50 мил.
• Сигнальные провода USB, LAN, PCI карты должны быть далеки от высокоскоростных сигнальных проводов насколько возможно или защищены заземляющими проводами. Более того, заземляющие отверстия должны быть разумно спроектированы.
• Высокоскоростные сигнальные провода должны быть уложены во внутренних слоях.
• Поскольку микрофон/наушники — аналоговые схемы, они должны быть нарушены от других схем насколько возможно.
• Тактовые сигнальные провода должны быть размещены во внутренних слоях после выхода из ИС и должны быть нарушены от сигнальных проводов на I/O интерфейсе и других трассах. Тактовые сигнальные провода должны быть размещены близко к опорной заземляющей плоскости для улучшения эффекта образа. Более того, RC-терминальное соединение должно быть доступно, когда все тактовые сигнальные трассы близки к источнику тактового сигнала.
• Компоновка питания и заземления должна быть максимально компактной с сокращением проблем петель. Ширина рва между питаниями 15 мил с полной заземляющей плоскостью, не содержащей трассировки. Разделенное заземление должно быть снижено, так как слишком много разделения увеличит импеданс заземления.
• Разумное применение развязывающего конденсатора также является ключевой проблемой в проектировании печатных плат. Высокоскоростные сигнальные провода должны быть запрещены от прохождения от верхнего слоя через нижний слой, и заземляющие отверстия должны быть установлены для снижения импеданса заземления. Более того, развязывающий конденсатор должен быть добавлен к выводам ИС и каждому слою питания. По крайней мере, позиция развязывающего конденсатора должна быть зарезервирована заранее.
• Анти-ЭМИ компоненты должны применяться подходяще, основанно на их применении и ценообразовании.

Третье соображение: Инспекция печатной платы

Во-первых, одна концепция должна быть укоренена в уме инженера: импеданс в свободном пространстве с высокой частотой составляет 377 Ом. Когда речь идет о пространственном излучении обычной ЭМИ, потому что сигнальная петля достигает стадии, где она может быть эквивалентна импедансу пространства, сигнал излучается из пространства. Чтобы понять этот пункт, крайне необходимо снизить импеданс сигнальной петли.

Для контроля импеданса сигнальной петли основной метод лежит в сокращении длины сигнала и уменьшении площади петли. Кроме того, подходящее терминальное соединение должно быть выполнено для контроля отражения петли. На самом деле, один метод контроля сигнальной петли лежит в ключевом сигнальном заземлении. Поскольку трассировка сама по себе обладает импедансом на высокой частоте, лучше воспользоваться заземлением или заземляющими проводами для соединения с заземлением через сквозные отверстия несколько раз. Многие такие дизайны преуспевают в избегании излучения превышения тактовых сигналов.

Более того, для остановки сигналов от прохождения через разделенные области, много инженеров разделяют заземление по сигналам, но не запоминают в процессе трассировки. В результате сигнальная петля покрывает большую площадь, увеличивая длину трассы.

Когда речь идет о части передачи ЭМИ, жизненно важно разумно применять обходной конденсатор и развязывающий конденсатор. Обходной конденсатор должен быть расположен на выводах питания чипа и заземляющих проводах с наименьшими выводами. Развязывающий конденсатор должен быть расположен в месте, где изменение спроса тока является наивысшим, чтобы остановить шум от связности от питания и заземляющих проводов из-за импеданса трассировки. Конечно, магнитный может использоваться для поглощения шума. Индуктивность иногда может использоваться для фильтрации шума. Однако должно быть замечено, что индуктивность обладает диапазоном частотного отклика, и корпус также определяет ее частотный отклик.

Полезные ресурсы

• Влияние компоновки печатных плат на ЭМС-производительность электронных продуктов
• Обеспечение успеха с первой попытки в проектировании ЭМС печатных плат
• Правила проектирования разделения печатных плат для улучшения ЭМС
• Наиболее полное введение автоматизированных инструментов ЭМИ и ЭМС
• Техника монтажа печатных плат ноутбуков
• Полнофункциональный сервис производства печатных плат от PCBCart — множество ценностных опций
• Продвинутый сервис монтажа печатных плат от PCBCart — от 1 штуки