Quando si tratta di PCB per laptop, in genere si sceglie un circuito stampato a 6 o 8 strati. Tuttavia, sulla base delle considerazioni sui costi, il PCB a 6 strati è una scelta ottimale per i progettisti di PCB. Purtroppo, la progettazione EMC (Compatibilità Elettromagnetica) per PCB a 6 strati ha tormentato i progettisti di schede.
La progettazione e lo sviluppo di un laptop è una procedura così complessa che il design EMC deve essere considerato con attenzione dall’inizio alla fine. In effetti, il conseguimento di prestazioni EMC ottimali dipende da tre considerazioni chiave che verranno presentate e discusse in dettaglio in questo articolo.
Prima considerazione: progettazione dello schema
Durante il processo diPCB del laptopNella progettazione, il primo passo è implementare la progettazione dello schema, cioè l’assetto generale e la distribuzione macro dei prodotti devono essere determinati prima dello sviluppo effettivo, inclusi le posizioni dei chip e dei fori. Successivamente, l’ingegnere EMC effettuerà una valutazione EMC per poter regolare le posizioni dei chip e i requisiti dei fori, in modo che siano conformi ai requisiti EMC, come le posizioni dei bridge e la posizione e il tracciamento del chip di clock. Può essere realizzato uno schizzo del PCB di un laptop per svolgere meglio la valutazione EMC.
La valutazione EMC copre principalmente i seguenti aspetti:
•Tracciamento della posizione e instradamento. È necessario ispezionare l’instradamento dei cavi di collegamento tra LCD e scheda madre o l’instradamento dei connettori FFC-FPC.
•Ispezione del limite di altezza del PCB. I cavi di segnale ad alta velocità non possono essere disposti nell’area a altezza zero, che si riferisce alla scheda di circuito insieme alle configurazioni circostanti. Le configurazioni circostanti includono HDD, ODD ecc.
•Ispezione dell’area di schermatura dell’involucro. Le linee di segnale ad alta velocità non possono essere disposte in aree esposte o in aree con interruzioni, poiché riducono l’efficienza di schermatura, come nella posizione della tastiera, nel coperchio della memoria, ecc.
•Ispezione del coperchio del laptop. Include il coperchio dell’hardware e quello della memoria, in modo che il punto di messa a terra possa essere collegato alla schermatura dell’involucro ogni 30 mm.
•Messa a terra delle piccole PCB in ogni unità di ispezione - Deve essere garantita una connessione perfetta tra le piccole PCB in ogni unità e la massa tramite viti, in modo da evitare un’elevata impedenza di massa e impedire ai segnali di rumore di irradiarsi nello spazio.
•Il punto di messa a terra riservato dovrebbe essere mantenuto per alcuni circuiti specializzati per garantire una bassa impedenza di messa a terra.
•Ispezione dell’area di rumore di alimentazione. L’instabilità dell’area di alimentazione porterà l’intero progetto al fallimento o allontanerà i chip dalla stabilità fornendo a ciascun chip un’alimentazione instabile con il disturbo generato.
•Una regola di maggiore importanza è che il layout dei chip principali sul PCB e l’andamento delle loro tracce debbano essere definiti e verificati.
Seconda considerazione: progettazione PCB
La progettazione PCB è un anello così significativo nello sforzo EMC che un’eccellente progettazione PCB è il prerequisito per ottenere prestazioni EMC ottimali. Una progettazione PCB che non tenga in considerazione l’EMC porterà inevitabilmente a uno spreco di denaro e di tempo. La prima domanda che ci si dovrebbe porre nella progettazione di un PCB è come si genera l’interferenza elettromagnetica (EMI) e perché viene trasmessa. Non si otterrà una progettazione PCB ottimale se non si risponde con precisione a entrambe queste domande. La risposta a tali domande sarà discussa nella parte seguente di questo articolo. Un idealeRegola di progettazione PCBva: L’EMC deve essere presa in considerazione all’inizio della progettazione e bisogna attenersi alla razionalità del progetto. Inoltre, è preferibile applicare una tecnologia di tracciatura a basso costo. Le regole di progettazione dettagliate per i circuiti stampati includono:
•I cavi dei segnali ad alta velocità non possono essere posati sotto i connettori e il circuito di alimentazione dovrebbe essere lontano dai connettori.
•I fili di segnale ad alta velocità non possono essere posati sul bordo del PCB su alcun piano e la distanza tra il bordo della scheda e tali fili deve essere di almeno 50 mil.
•I cavi di segnale USB, LAN e delle schede PCI dovrebbero essere il più possibile lontani dai cavi di segnale ad alta velocità oppure schermati con fili di massa. Inoltre, i fori di massa dovrebbero essere progettati in modo ragionevole.
•I cavi dei segnali ad alta velocità dovrebbero essere posati negli strati interni.
•Poiché il microfono e le cuffie sono circuiti analogici, dovrebbero essere isolati dagli altri circuiti il più possibile.
•I fili del segnale di clock devono essere disposti negli strati interni dopo l’uscita dall’IC e devono essere separati dai fili di segnale all’interfaccia I/O e da altre tracce. I fili del segnale di clock devono essere disposti vicino al piano di massa di riferimento in modo da migliorare l’effetto immagine. Inoltre, il collegamento del terminale RC deve essere disponibile quando tutte le tracce del segnale di clock sono vicine alla sorgente di clock.
•Il layout di alimentazione e massa deve essere il più compatto possibile, riducendo i problemi di loop. La larghezza del fossato tra le alimentazioni è di 15 mil, con un piano di massa continuo che non contiene piste. La massa suddivisa dovrebbe essere ridotta, poiché un’eccessiva suddivisione aumenterà l’impedenza di massa.
•Un'applicazione ragionevole dei condensatori di disaccoppiamento è anche una preoccupazione fondamentale nella progettazione PCB. I conduttori di segnale ad alta velocità non dovrebbero passare dallo strato superiore a quello inferiore e dovrebbero essere predisposti fori di massa per ridurre l'impedenza di massa. Inoltre, i condensatori di disaccoppiamento dovrebbero essere aggiunti ai terminali degli IC e a ciascun piano di alimentazione. Quantomeno, la posizione dei condensatori di disaccoppiamento dovrebbe essere riservata in anticipo.
•I componenti anti-EMI devono essere applicati in modo adeguato in base alla loro applicazione e al loro prezzo.
Terza considerazione: ispezione del PCB
Prima di tutto, un concetto dovrebbe essere radicato nella mente dell’ingegnere: l’impedenza nello spazio libero ad alta frequenza è di 377 ohm. Quando si tratta della radiazione nello spazio delle EMI ordinarie, poiché il loop del segnale raggiunge uno stadio in cui può essere considerato equivalente all’impedenza dello spazio, il segnale viene irradiato nello spazio. Per comprendere questo punto, è molto necessario ridurre l’impedenza del loop del segnale.
Per controllare l’impedenza dell’anello di segnale, il metodo principale consiste nella riduzione della lunghezza del segnale e nel restringimento dell’area dell’anello. Inoltre, è necessario adottare un’adeguata terminazione per controllare le riflessioni nell’anello. In realtà, uno dei metodi per controllare l’anello di segnale consiste nel collegare a massa i segnali chiave. Poiché le piste stesse presentano impedenza alle alte frequenze, è meglio sfruttare il piano di massa o i fili di massa per collegarsi alla massa tramite fori passanti più volte. Molti progetti di questo tipo riescono a evitare che la radiazione dei segnali di clock superi i limiti.
Inoltre, per impedire ai segnali di attraversare le aree suddivise, molti ingegneri partizionano il piano di massa in base ai segnali ma si dimenticano di questo durante il processo di instradamento. Di conseguenza, l’anello del segnale copre un’area estesa, aumentando la lunghezza delle piste.
Per quanto riguarda la parte di trasmissione EMI, è fondamentale applicare in modo appropriato il condensatore di bypass e il condensatore di disaccoppiamento. Il condensatore di bypass deve essere disposto sui pin di alimentazione del chip e sui fili di massa con i collegamenti più corti possibile. Il condensatore di disaccoppiamento dovrebbe essere posizionato nel punto in cui la variazione della richiesta di corrente è più elevata, in modo da impedire al rumore di accoppiarsi ai fili di alimentazione e di massa a causa dell’impedenza delle piste. Naturalmente, è possibile utilizzare materiali magnetici per assorbire il rumore. Talvolta l’induttore può essere utilizzato anche per filtrare il rumore. Tuttavia, va notato che l’induttore è caratterizzato da un intervallo di risposta in frequenza e che anche il package ne determina la risposta in frequenza.
Risorse utili:
•Influenza del layout PCB sulle prestazioni EMC dei prodotti elettronici
•Garantire il successo al primo tentativo nella progettazione EMC dei PCB
•Regole di progettazione per il partizionamento dei PCB per il miglioramento EMC
•La guida più completa agli strumenti automatizzati per EMI ed EMC
•Tecnica di assemblaggio PCB per laptop
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