Cuando se trata de PCBs para portátiles, generalmente se seleccionan placas de circuito de 6 o 8 capas. Sin embargo, basándose en consideraciones de costo, la PCB de 6 capas es la opción óptima para los diseñadores de PCB. Lamentablemente, el diseño EMC (Compatibilidad Electromagnética) para PCBs de 6 capas ha estado atormentando a los diseñadores de placas.
El diseño de desarrollo de laptops es un procedimiento tan complejo que el diseño EMC debe considerarse cuidadosamente de principio a fin. De hecho, la consecución óptima de la EMC depende de tres consideraciones clave que serán presentadas y analizadas en detalle en este artículo.
Primera consideración: diseño del esquema
Durante el proceso dePCB de portátilEn el diseño, el primer paso es implementar el diseño del esquema, es decir, la disposición general y la distribución macro de los productos deben determinarse antes del desarrollo real, incluyendo las posiciones de los chips y de los orificios. Luego, el ingeniero de EMC llevará a cabo la evaluación de EMC para ajustar las posiciones de los chips y los requisitos de los orificios, de modo que cumplan con los requisitos de EMC, como las posiciones de los puentes y la posición y el trazado del chip de reloj. Se puede dibujar un boceto de la PCB de una computadora portátil para llevar a cabo mejor la evaluación de EMC.
La evaluación EMC abarca principalmente los siguientes aspectos:
•Trazado de posición y enrutamiento. Se debe inspeccionar el enrutamiento del cable de conexión entre la pantalla LCD y la placa base o el enrutamiento de los conectores FFC-FPC.
•Inspección del límite de altura de la PCB. Los cables de señal de alta velocidad no pueden disponerse en el área de altura cero, que se refiere a la placa de circuito junto con las configuraciones ambientales. Las configuraciones ambientales incluyen HDD, ODD, etc.
•Inspección del área de apantallamiento del recinto. Las líneas de señal de alta velocidad no pueden disponerse en áreas expuestas o en áreas con divisiones, ya que reducen la eficiencia del apantallamiento, como en la posición del teclado, la tapa de la memoria, etc.
•Inspección de la cubierta del portátil. Incluye la cubierta del hardware y la cubierta de la memoria para que el punto de puesta a tierra pueda conectarse con la pantalla del recinto cada 30 mm.
•Puesta a tierra de las pequeñas PCB en la inspección de cada unidad: se debe garantizar una conexión perfecta entre las pequeñas PCB de cada unidad y la tierra mediante tornillos, a fin de evitar una gran impedancia de tierra e impedir que las señales de ruido se irradien al espacio.
•Se debe mantener un punto de puesta a tierra reservado para algunos circuitos especializados a fin de garantizar una baja impedancia de puesta a tierra.
•Inspección del área de ruido de potencia. La inestabilidad del área de potencia provocará el fallo de todo el diseño o alejará los chips de la estabilidad al proporcionar una alimentación inestable a cada chip con la perturbación generada.
•Una regla de mayor importancia es que el diseño de los chips principales en la PCB y la tendencia de sus trazas deben ser confirmados e inspeccionados.
Segunda consideración: diseño de PCB
El diseño de PCB es un eslabón tan significativo en el esfuerzo por lograr la EMC que un diseño de PCB excelente es la condición previa para alcanzar un rendimiento óptimo de EMC. Un diseño de PCB que no tenga en cuenta la EMC sin duda provocará un desperdicio de dinero y tiempo. La primera pregunta que debe plantearse un diseño de PCB es cómo se genera la interferencia electromagnética (EMI) y por qué se transmite. No se obtendrá un diseño de PCB óptimo a menos que ambas preguntas se respondan con precisión. La respuesta a esas preguntas se analizará en la siguiente parte de este artículo. Un idealRegla de diseño de PCBva: Debe considerarse la EMC al inicio del diseño y debe mantenerse la racionalidad del diseño. Además, es mejor aplicar tecnología de trazado de bajo costo. Las reglas de diseño detalladas para la placa de circuito impreso incluyen:
•Los cables de señal de alta velocidad no pueden colocarse debajo de los conectores y el circuito de alimentación debe estar lejos de los conectores.
•Los cables de señal de alta velocidad no pueden colocarse en el borde de la PCB en ningún plano, y la distancia entre el borde de la placa y dichos cables debe ser de al menos 50 mils.
•Los cables de señal USB, LAN y de tarjetas PCI deben mantenerse lo más alejados posible de los cables de señal de alta velocidad o protegerse con cables de tierra. Además, los orificios de tierra deben diseñarse de manera razonable.
•Los cables de señal de alta velocidad deben colocarse en capas internas.
•Dado que el micrófono y los auriculares son circuitos analógicos, deben estar aislados de otros circuitos tanto como sea posible.
•Los cables de señal de reloj deben disponerse en capas internas después de salir del CI y deben mantenerse separados de los cables de señal en la interfaz de E/S y de otras pistas. Los cables de señal de reloj deben disponerse cerca del plano de referencia de tierra para que se pueda mejorar el efecto de imagen. Además, la conexión de terminal RC debe estar disponible cuando todas las trazas de señal de reloj estén cerca de la fuente de reloj.
•El diseño de potencia y tierra debe ser lo más compacto posible, reduciendo los problemas de bucles. El ancho del foso entre las líneas de potencia es de 15 mil, con un plano de tierra completo que no contenga trazas. La tierra dividida debe reducirse, ya que un exceso de divisiones incrementará la impedancia de tierra.
•La aplicación razonable de condensadores de desacoplo también es una preocupación clave en el diseño de PCB. Se debe evitar que las pistas de señales de alta velocidad pasen desde la capa superior a través de la capa inferior, y se deben establecer vías de tierra para reducir la impedancia de tierra. Además, se deben añadir condensadores de desacoplo a los terminales de los CI y a cada capa de alimentación. Como mínimo, se debe reservar de antemano la posición de los condensadores de desacoplo.
•Los componentes anti-EMI deben aplicarse de manera adecuada según su aplicación y precio.
Tercera consideración: inspección de PCB
En primer lugar, un concepto debe quedar arraigado en la mente del ingeniero: la impedancia en el espacio libre a alta frecuencia es de 377 ohmios. Cuando se trata de la radiación espacial del EMI ordinario, debido a que el lazo de señal alcanza una etapa en la que puede ser equivalente a la impedancia del espacio, la señal se irradia desde el espacio. Para comprender este punto, es muy necesario reducir la impedancia del lazo de señal.
Para controlar la impedancia del bucle de señal, el método principal radica en la reducción de la longitud de la señal y la disminución del área del bucle. Además, se debe realizar una conexión de terminación adecuada para controlar la reflexión en el bucle. De hecho, un método para controlar el bucle de señal consiste en la puesta a tierra de las señales clave. Debido a que las pistas en sí mismas presentan impedancia a alta frecuencia, es mejor aprovechar el plano de tierra o los cables de tierra para conectarse a tierra a través de orificios pasantes varias veces. Muchos diseños de este tipo logran evitar que la radiación de las señales de reloj exceda los límites.
Además, para evitar que las señales atraviesen áreas divididas, muchos ingenieros particionan la tierra según las señales pero se olvidan de ello durante el proceso de trazado. Como resultado, el bucle de señal abarca una gran área, aumentando la longitud de la pista.
Cuando se trata de la parte de transmisión EMI, es fundamental aplicar de manera adecuada el condensador de bypass y el condensador de desacoplo. El condensador de bypass debe colocarse en los pines de alimentación del chip y en los conductores de tierra con las conexiones más cortas posibles. El condensador de desacoplo debe ubicarse en el lugar donde el cambio en la demanda de corriente sea mayor, con el fin de evitar que el ruido se acople desde las líneas de alimentación y tierra debido a la impedancia de las pistas. Por supuesto, se pueden usar elementos magnéticos para absorber el ruido. A veces también se puede utilizar un inductor para filtrar el ruido. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el inductor presenta un rango de respuesta en frecuencia y que el encapsulado también determina su respuesta en frecuencia.
Recursos útiles:
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