Bei Laptop-PCBs werden im Allgemeinen 6-lagige oder 8-lagige Leiterplatten ausgewählt. Aus Kostengründen ist jedoch die 6-lagige Leiterplatte für PCB-Designer die optimale Wahl. Leider bereitet das EMV-Design (Elektromagnetische Verträglichkeit) für 6-lagige Leiterplatten den Platinenentwicklern große Schwierigkeiten.
Das Entwicklungsdesign von Laptops ist ein derart komplexer Prozess, dass das EMV-Design von Anfang bis Ende sorgfältig berücksichtigt werden muss. Tatsächlich hängt eine optimale EMV-Leistung von drei Schlüsselfaktoren ab, die in diesem Artikel vorgestellt und ausführlich diskutiert werden.
Erste Überlegung: Schemaentwurf
Während des Prozesses vonLaptop-LeiterplatteBeim Design besteht der erste Schritt darin, das Schemakonzept umzusetzen, das heißt, die Gesamtanordnung und die makrostrukturelle Verteilung der Produkte müssen vor der eigentlichen Entwicklung festgelegt werden, einschließlich der Positionen von Chips und Bohrungen. Anschließend führt der EMC‑Ingenieur eine EMC‑Bewertung durch, um die Chippositionen und die Bohranforderungen so anzupassen, dass sie den EMC‑Vorgaben entsprechen, wie etwa den Positionen von Bridges sowie der Positionierung und Leitungsführung des Taktchips. Zur besseren Durchführung der EMC‑Bewertung kann eine Skizze der Laptop‑Leiterplatte angefertigt werden.
Die EMV-Bewertung umfasst hauptsächlich die folgenden Aspekte:
•Verfolgung der Position und Leitungsführung. Die Verlegung der Verbindungsleitungen zwischen LCD und Hauptplatine oder die Leitungsführung der FFC-FPC-Steckverbinder sollte überprüft werden.
•Prüfung der Leiterplattenhöhenbegrenzung. Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen dürfen nicht in Bereichen mit Nullhöhe verlegt werden, womit die Leiterplatte zusammen mit den Umgebungskonfigurationen gemeint ist. Zu den Umgebungskonfigurationen gehören HDD, ODD usw.
•Inspektionsbereich der Gehäuseabschirmung. Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen dürfen nicht in freiliegenden Bereichen oder in Bereichen mit Unterbrechungen angeordnet werden, da sie die Abschirmwirkung verringern, z. B. an der Tastaturposition, der Speicherabdeckung usw.
•Überprüfung der Laptop-Abdeckung. Umfasst die Hardwareabdeckung und die Speicherabdeckung, sodass der Erdungspunkt alle 30 mm mit der Gehäuseabschirmung verbunden werden kann.
•Erdung kleiner Leiterplatten bei der Inspektion jeder Einheit – Es sollte eine einwandfreie Verbindung zwischen den kleinen Leiterplatten in jeder Einheit und der Masse über Schrauben gewährleistet sein, um eine hohe Masseimpedanz zu vermeiden und zu verhindern, dass Störsignale in den Raum abstrahlen.
•Für einige spezialisierte Stromkreise sollte ein reservierter Erdungspunkt beibehalten werden, um eine niedrige Erdungsimpedanz sicherzustellen.
•Inspektion des Stromrauschbereichs. Die Instabilität des Stromversorgungsbereichs führt zum Ausfall des gesamten Designs oder treibt die Chips durch die erzeugten Störungen mit instabiler Versorgung weit aus ihrem Stabilitätsbereich.
•Eine der bedeutendsten Regeln ist, dass das Layout der führenden Chips auf der Leiterplatte und deren Leiterbahnführung bestätigt und überprüft werden sollte.
Zweite Überlegung: PCB-Design
Das PCB-Design ist ein so bedeutender Bestandteil bei der EMC-Bemühung, dass ein exzellentes PCB-Design die Voraussetzung für eine optimale EMC-Leistung ist. Ein PCB-Design, bei dem EMC nicht berücksichtigt wird, führt unweigerlich zu einer Verschwendung von Geld und Zeit. Die erste Frage, die man sich beim PCB-Design stellen sollte, ist, wie elektromagnetische Störungen (EMI) entstehen und warum sie übertragen werden. Ein optimales PCB-Design wird nur dann erreicht, wenn beide Fragen korrekt beantwortet werden. Die Antworten auf diese Fragen werden im folgenden Teil dieses Artikels erörtert. Ein idealesPCB-Designregelgeht: EMV muss bereits zu Beginn der Konstruktion berücksichtigt werden, und an der Konstruktionsrationalität sollte festgehalten werden. Außerdem sollte nach Möglichkeit eine kostengünstige Verfolgungstechnologie eingesetzt werden. Detaillierte Konstruktionsregeln für Leiterplatten umfassen:
•Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen dürfen nicht unter Steckverbindern verlegt werden, und die Stromversorgungsschaltung sollte weit von den Steckverbindern entfernt sein.
•Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen dürfen auf keiner Lage am Rand der Leiterplatte verlegt werden, und der Abstand zwischen der Leiterplattenkante und diesen Leitungen sollte mindestens 50 mil betragen.
•USB-, LAN- und PCI-Kartensignalleitungen sollten so weit wie möglich von Hochgeschwindigkeitssignalleitungen entfernt geführt oder mit Masseleitungen abgeschirmt werden. Außerdem sollten Massebohrungen sinnvoll ausgelegt werden.
•Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen sollten in inneren Lagen verlegt werden.
•Da Mikrofon- und Kopfhörerschaltungen analog sind, sollten sie so weit wie möglich von anderen Schaltungen getrennt werden.
•Taktsignalleitungen sollten nach dem Austritt aus dem IC in inneren Lagen geführt und von Signalleitungen an der I/O-Schnittstelle sowie von anderen Leiterbahnen getrennt werden. Taktsignalleitungen sollten in der Nähe der Referenz-Massefläche angeordnet werden, damit der Bildeffekt verbessert werden kann. Außerdem sollte ein RC-Abschluss verfügbar sein, wenn sich alle Takt-Signalleitungen in der Nähe der Taktquelle befinden.
•Das Layout von Strom- und Masseleitungen sollte so kompakt wie möglich sein, um Schleifenprobleme zu verringern. Die Grabenbreite zwischen den Versorgungsleitungen beträgt 15 mil, mit einer durchgehenden Massefläche ohne Leiterbahnen. Geteilte Masseflächen sollten reduziert werden, da zu viele Aufteilungen die Masseimpedanz erhöhen.
•Die sinnvolle Anwendung von Entkopplungskondensatoren ist ebenfalls ein zentrales Anliegen im PCB-Design. Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen sollten nicht von der Oberseite durch die Unterseite geführt werden, und Massebohrungen sollten vorgesehen werden, um die Masseimpedanz zu verringern. Außerdem sollten Entkopplungskondensatoren an den IC-Anschlüssen und an jeder Versorgungsebene hinzugefügt werden. Zumindest sollte die Position der Entkopplungskondensatoren im Voraus reserviert werden.
•Anti-EMI-Komponenten sollten entsprechend ihrer Anwendung und ihres Preises angemessen eingesetzt werden.
Dritte Überlegung: Leiterplatteninspektion
Zunächst einmal sollte ein Konzept im Bewusstsein von Ingenieuren verankert sein: Die Impedanz im freien Raum bei hohen Frequenzen beträgt 377 Ohm. Bei der Weltraumstrahlung gewöhnlicher EMV-Signale wird das Signal aus dem Raum abgestrahlt, weil die Signalschleife ein Stadium erreicht, in dem sie der Raumimpedanz gleichgesetzt werden kann. Um diesen Punkt zu verstehen, ist es äußerst wichtig, die Impedanz der Signalschleife zu verringern.
Zur Kontrolle der Impedanz von Signalschleifen besteht die Hauptmethode in der Verkürzung der Signallänge und der Verkleinerung der Schleifenfläche. Außerdem sollte eine geeignete Abschlussbeschaltung vorgenommen werden, um Reflexionen in der Schleife zu kontrollieren. Tatsächlich besteht eine Methode zur Kontrolle der Signalschleife in der Erdung von Schlüsselsignalen. Da Leiterbahnen bei hohen Frequenzen selbst eine Impedanz aufweisen, ist es am besten, Masseflächen oder Masseleitungen zu nutzen und sie mehrmals über Durchkontaktierungen mit Masse zu verbinden. Viele derart ausgelegte Designs vermeiden erfolgreich eine Überschreitung der Strahlung von Taktsignalen.
Außerdem unterteilen viele Ingenieure die Massefläche entlang der Signale, um zu verhindern, dass Signale durch geteilte Bereiche verlaufen, vergessen dies jedoch im Verlauf der Leiterbahnführung. Infolgedessen umfasst die Signalschleife eine große Fläche, was die Leiterbahnlänge erhöht.
Wenn es um den EMI-Übertragungsteil geht, ist es entscheidend, Bypass-Kondensatoren und Entkopplungskondensatoren sinnvoll einzusetzen. Bypass-Kondensatoren müssen mit möglichst kurzen Anschlüssen an den Versorgungspins des Chips und den Masseleitungen angeordnet werden. Entkopplungskondensatoren sollten an der Stelle platziert werden, an der sich der Strombedarf am stärksten ändert, um zu verhindern, dass sich aufgrund der Leitungsimpedanz Rauschen über Versorgungs- und Masseleitungen einkoppelt. Natürlich können magnetische Bauelemente verwendet werden, um das Rauschen zu absorbieren. Spulen können manchmal ebenfalls zur Filterung von Rauschen eingesetzt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass Spulen einen frequenzabhängigen Übertragungsbereich besitzen und auch das Gehäuse ihr Frequenzverhalten bestimmt.
Hilfreiche Ressourcen:
•Einfluss des PCB-Layouts auf die EMV-Leistung elektronischer Produkte
•Sicherstellung eines erfolgreichen EMV-Designs von Leiterplatten beim ersten Mal
•Designregeln für die Leiterplattenpartitionierung zur Verbesserung der EMV
•Die umfassendste Einführung in automatisierte EMI- und EMC‑Werkzeuge
•Laptop-Leiterplattenmontagetechnik
•Umfassender Leiterplatten-Fertigungsservice von PCBCart – zahlreiche wertsteigernde Optionen
•Fortschrittlicher Leiterplattenbestückungsservice von PCBCart – ab 1 Stück
