في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور، كان التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) والتداخل الكهرومغناطيسي المرتبط به (EMI) تقليديًا بمثابة صداع رئيسي للمهندسين، خاصة في تصميمات لوحات الدوائر الحالية وحزم المكونات التي تستمر في الانكماش، ويتطلب مصنعو المعدات الأصلية أنظمة عالية السرعة.في هذه المقالة، سوف أشارككم كيفية تجنب المشاكل الكهرومغناطيسية في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
1. الحديث المتبادل والمحاذاة هو التركيز
المحاذاة مهمة بشكل خاص لضمان التدفق السليم للتيار.إذا كان التيار يأتي من مذبذب أو أي جهاز آخر مشابه، فمن المهم بشكل خاص إبقاء التيار منفصلاً عن الطبقة الأرضية، أو منع التيار من الجري بالتوازي مع محاذاة أخرى.يمكن لإشارتين عاليتي السرعة على التوازي توليد EMC وEMI، وخاصة الحديث المتبادل.من المهم إبقاء مسارات المقاومة قصيرة قدر الإمكان ومسارات تيار العودة قصيرة قدر الإمكان.يجب أن يكون طول مسار العودة هو نفس طول مسار الإرسال.
بالنسبة لـ EMI، يُسمى أحد المسارين "مسار الانتهاك" والآخر هو "مسار الضحية".يؤثر الاقتران الحثي والسعوي على مسار "الضحية" بسبب وجود المجالات الكهرومغناطيسية، وبالتالي توليد تيارات أمامية وعكسية على "مسار الضحية".بهذه الطريقة، يتم إنشاء التموج في بيئة مستقرة حيث تكون أطوال إرسال واستقبال الإشارة متساوية تقريبًا.
في بيئة متوازنة بشكل جيد مع محاذاة مستقرة، يجب أن تلغي التيارات المستحثة بعضها البعض، وبالتالي القضاء على الحديث المتبادل.ومع ذلك، نحن في عالم غير مثالي حيث لا يحدث مثل هذا الشيء.لذلك، هدفنا هو إبقاء الحديث المتبادل عند الحد الأدنى لجميع التحالفات.يمكن تقليل تأثير الحديث المتبادل إذا كان العرض بين الخطوط المتوازية ضعف عرض الخطوط.على سبيل المثال، إذا كان عرض الخط 5 مل، فإن الحد الأدنى للمسافة بين خطين متوازيين يجب أن يكون 10 مل أو أكثر.
ومع استمرار ظهور مواد ومكونات جديدة، يجب على مصممي ثنائي الفينيل متعدد الكلور أيضًا الاستمرار في التعامل مع مشكلات التوافق الكهرومغناطيسي والتداخل.
2. فصل المكثفات
تعمل المكثفات المنفصلة على تقليل التأثيرات غير المرغوب فيها للتداخل.ويجب أن تكون موجودة بين منافذ الطاقة والأرضية للجهاز، مما يضمن مقاومة منخفضة للتيار المتردد ويقلل الضوضاء والتداخل.لتحقيق مقاومة منخفضة على نطاق ترددي واسع، يجب استخدام مكثفات فصل متعددة.
أحد المبادئ المهمة لوضع مكثفات الفصل هو أن المكثف ذو أقل قيمة للسعة يتم وضعه بالقرب من الجهاز قدر الإمكان لتقليل التأثيرات الحثية على المحاذاة.يجب وضع هذا المكثف الخاص في أقرب وقت ممكن من دبابيس إمداد الطاقة بالجهاز أو مجرى مجرى إمداد الطاقة ويجب توصيل منصات المكثف مباشرة بالمنافذ أو مستوى الأرض.إذا كانت المحاذاة طويلة، استخدم طرقًا متعددة لتقليل المعاوقة الأرضية.
3. تأريض ثنائي الفينيل متعدد الكلور
إحدى الطرق المهمة لتقليل EMI هي تصميم طبقة التأريض لثنائي الفينيل متعدد الكلور.تتمثل الخطوة الأولى في جعل منطقة التأريض كبيرة قدر الإمكان ضمن المساحة الإجمالية للوحة PCB بحيث يمكن تقليل الانبعاثات والتداخل والضوضاء.يجب توخي الحذر بشكل خاص عند توصيل كل مكون بنقطة أرضية أو طبقة تأريض، والتي بدونها لا يمكن الاستفادة الكاملة من التأثير المعادل لطبقة التأريض الموثوقة.
يحتوي تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعقد بشكل خاص على العديد من الفولتية المستقرة.من الناحية المثالية، كل جهد مرجعي له طبقة التأريض المقابلة الخاصة به.ومع ذلك، فإن وجود عدد كبير جدًا من طبقات التأريض من شأنه أن يزيد من تكاليف تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور ويجعله مكلفًا للغاية.الحل الوسط هو استخدام طبقات التأريض في ثلاثة إلى خمسة مواقع مختلفة، كل منها يمكن أن يحتوي على عدة أقسام تأريض.وهذا لا يتحكم في تكلفة تصنيع اللوحة فحسب، بل يقلل أيضًا من EMI وEMC.
يعد نظام التأريض ذو المعاوقة المنخفضة أمرًا مهمًا إذا أردنا تقليل EMC.في PCB متعدد الطبقات، من الأفضل أن يكون لديك طبقة تأريض موثوقة بدلاً من كتلة توازن نحاسية (سرقة النحاس) أو طبقة تأريض متناثرة حيث أنها تتمتع بمقاومة منخفضة، وتوفر مسار تيار وأفضل مصدر للإشارات العكسية.
يعد طول الوقت الذي تستغرقه الإشارة للعودة إلى الأرض مهمًا جدًا أيضًا.يجب أن يكون الوقت الذي تستغرقه الإشارة للانتقال من وإلى المصدر قابلاً للمقارنة، وإلا ستحدث ظاهرة تشبه الهوائي، مما يسمح للطاقة المشعة بأن تصبح جزءًا من التداخل الكهرومغناطيسي.وبالمثل، يجب أن تكون محاذاة التيار من/إلى مصدر الإشارة قصيرة قدر الإمكان، إذا لم يكن مسار المصدر ومسار العودة متساويين في الطول، فسوف يحدث ارتداد أرضي وسيؤدي ذلك أيضًا إلى توليد EMI.
4. تجنب زوايا 90 درجة
لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي، يجب تجنب المحاذاة والمنافذ والمكونات الأخرى لتشكيل زاوية 90 درجة، لأن الزاوية القائمة ستولد الإشعاع.لتجنب زاوية 90 درجة، يجب أن تكون المحاذاة على الأقل سلكين بزاوية 45 درجة إلى الزاوية.
5. يجب توخي الحذر عند استخدام الثقب الزائد
في جميع تخطيطات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تقريبًا، يجب استخدام طرق التوصيل لتوفير اتصال موصل بين الطبقات المختلفة.في بعض الحالات، فإنها تنتج أيضًا انعكاسات، حيث تتغير المعاوقة المميزة عندما يتم إنشاء الممرات في المحاذاة.
من المهم أيضًا أن تتذكر أن المنافذ تزيد من طول المحاذاة ويجب مطابقتها.في حالة المحاذاة التفاضلية، ينبغي تجنب فيا حيثما أمكن ذلك.إذا لم يكن من الممكن تجنب ذلك، فيجب استخدام طرق التوصيل في كلا المحاذاة للتعويض عن التأخير في مسارات الإشارة والعودة.
6. الكابلات والدروع المادية
يمكن للكابلات التي تحمل دوائر رقمية وتيارات تناظرية أن تولد سعة طفيلية ومحاثة، مما يسبب العديد من المشاكل المتعلقة بالتوافق الكهرمغنطيسي.إذا تم استخدام الكابلات المزدوجة الملتوية، فسيتم الحفاظ على مستوى منخفض من الاقتران ويتم التخلص من المجالات المغناطيسية المتولدة.بالنسبة للإشارات عالية التردد، يجب استخدام الكابلات المحمية، مع تأريض كل من الأمام والخلف، للتخلص من تداخل EMI.
التدريع المادي هو تغليف النظام بأكمله أو جزء منه في حزمة معدنية لمنع EMI من دخول دوائر PCB.يعمل هذا التدريع كمكثف مغلق وموصل للأرض، مما يقلل من حجم حلقة الهوائي ويمتص التداخل الكهرومغناطيسي.
وقت النشر: 23 نوفمبر 2022