PCB'ime yayılan ne?

Geçenlerde bir PCB'mde uygun bir EMC testi yaptım. Test başarısız oldu ve 300MHz - 1GHz bölgesinde, her 50MHz'de bir tepe noktası ve 25MHz'de çok az tepe noktası olduğu görülüyor.

Yakındaki alana baktığımızda, etrafta çok sayıda 25MHz harmoniği görebilirsiniz:

Kart, sinyalin kaynağı olması gereken 25MHz'lik bir kristal içerir, ancak soru şu ki, kartta ne yayılıyor? Anten ne olabilir? Aklıma gelen adaylar:

• Yer düzlemi, merkezden beslenen bir yama anteni görevi görüyor. Tahta 23mm x 47mm olup, yaklaşık 1,6GHz dalga boyunu çeyrek yapar!
• Güç kaynaklarındaki indüktörler. Kart, TPS84250 ve EN5312 entegre indüktör anahtarlama güç kaynağı IC'lerini içerir. Belki de 25MHz sinyali, bu IC'lerde indüktörlere geri dönüş yolunu bulmak ve bunları anten olarak kullanmaktır.
• Kablo. Test sırasında kabloya ferrit eklenmesi herhangi bir fark yaratmamış gibi görünse de, bu PCB'nin kendisinde bir şey olduğuna inanmamı sağladı.
• Başka bir şey? Bu kadar düşük frekanslarda yayılacak kadar geniş olanı düşünemiyorum.

Test Edilen Ekipman, birlikte istiflenmiş bir çift PCB'den oluşur. Alttaki 25MHz kristal ve onu kullanan cips içerir. En üstteki güç kaynağı bileşenlerini içerir.

Bonus puanları için soru: Yakın çevrede net bir şekilde çok sayıda 25MHz harmonik olduğu nasıl olabilir, fakat uzak alanda sadece 100MHz ve 50MHz harmonikleri algılanabilir mi?

Bu birkaç yüz kelimeyle anlatılması zor bir problem, bu yüzden kısa olacak ve kendi başınıza biraz araştırma yapmanız gerekecek. Ama bunu yeterince özetlemeye çalışacağım, böylece en azından ne araştıracağını biliyorsun.

İz empedansı, sinyal sonlandırma, sinyal dönüş yolları ve bypass / dekuplaj kapakları hakkında bilgi sahibi olmanız gerekir. Bunları kesinlikle doğru aldıysanız, sıfır EMC probleminiz olur. % 100 mükemmel elde etmek imkansızdır, fakat şimdi olduğunuzdan çok daha yakın olabilirsiniz.

İlk önce sinyal dönüş yollarına bakalım ... Her sinyal için bir dönüş yolu olmalı. Normalde geri dönüş, güç veya toprak düzleminde, ancak başka bir yerde de olabilir. PCB'nizde, iade bir uçakta. Dönüş yolu alıcıdan sürücüye geri döner. Döngü alanı, sinyalin oluşturduğu fiziksel döngü ve dönüş yoludur. Normalde fizik yasaları döngü alanının mümkün olduğu kadar küçük olmasına neden olur - ancak PCB yönlendirme bunu karıştırmak ister.

Döngü alanı ne kadar büyük olursa, o kadar fazla RF sorunu yaşarsınız. İstediğinizden daha fazla RF yaymakla kalmayacak, aynı zamanda daha fazla RF alacaksınız.

Alttaki (mavi) katmandaki sinyaller dönüş yollarının bir sonraki katmandaki (camgöbeği) bitişik düzlemde olmasını ister - çünkü bu, döngü alanını mümkün olduğu kadar küçük yapar. Üst (kırmızı) katmandaki sinyaller, altın katman üzerinde dönüş yoluna sahip olacaktır.

Eğer üst katman üzerinde bir sinyal başlarsa, o zaman bir alttan geçerek alt katmana geçer, o zaman sinyal dönüş yolu altından siyan katmanlarına geçiş noktasının! Bu dekuplaj kapaklarının ana işlevidir. Normal olarak bir düzlem GND, diğeri VCC olacaktır. Uçaklar arasında geçiş yaparken bir sinyal dönüş yolu dekuplaj kapağından geçebilir. Bu nedenle güç nedenleriyle açıkça gerekli olmasa bile uçaklar arasında kapakların olması genellikle önemlidir.

Düzlemler arasında bir ayrılma başlığı olmadan, dönüş yolu daha doğrudan bir yol izleyemez ve böylece ilmek alanı boyut olarak artar ve EMC sorunları artar.

Ancak uçaklardaki boşluklar / bölmeler daha da problemli olabilir. Altın katmanınızın ayrık düzlemleri ve sorun yaratan sinyal izleri vardır. Kırmızı ve altın katmanları karşılaştırırsanız, sinyallerin uçaklardaki boşlukları nasıl geçtiğini göreceksiniz. Bir sinyal düzlemde bir boşluğu geçtiğinde, bir şey kötüye gider. Dönüş akımı uçakta olacak, fakat boşluktaki izi takip edemediğinden büyük bir yol alması gerekiyor. Bu, döngü alanını ve EMC problemlerinizi arttırır.

Boşluğa bir kapak yerleştirebilir, sinyallerin çapraz olduğu yere. Ancak daha iyi bir yaklaşım, ilk başta bundan kaçınmak için işleri yeniden yönlendirmek olacaktır.

Aynı problemin yaratılmasının bir başka yolu da birbirine yakın birkaç tane vize almanızdır. Vias ve düzlem arasındaki boşluk, düzlemlerde yarıklar oluşturabilir. Ya boşluğu azaltın ya da viyasları yayın, böylece bir yarık oluşmaz.

Tamam, tahtadaki en büyük sorun bu. Bunu bir kez anladıktan sonra sinyal sonlandırmasına ve iz empedansını kontrol etmeniz gerekir. Bundan sonra, Ethernet bağlantınızdaki GND sorunlarını korumaya ve kasaya bakmak zorundasınız (Q'da doğru şekilde yorum yapmak için yeterli bilgi yok).

Umarım bu yardımcı olur. Sorunlardan çok etkilendim ama bu seni ilerletmeli.

Benim tahta yeniden bükülmüş, gürültü önemli ölçüde azaltılmış gibi görünüyor. Birkaç değişiklik yaptım, bu yüzden hangilerinin sorumlu olduğunu bilmek zor. Temel olarak, Beckhoff EtherCAT modüllerinde kullanılan EMC önlemlerini kopyaladım.

• ET1200 ASIC'in tüm güç pimleri üzerinde, ferrit öncesi ve sonrası kapakları olan ferritler.
• 5pF kapasitör, iki ferrit ve giden LVDS hatlarında ortak mod boğulma.
• Altında tam yer düzlemi ile geliştirilmiş kristal düzeni. Ayrıca, Olin'in kristalin yük kapaklarının toprağının bağlantısına ilişkin tavsiyelerini takip ettim .

Aslında yayılan şeylere gelince? Emin olmak zordur, ET1200'ün ekranlanmasının kendisine yardımı görünmedi. Ayrıca kabloya ferritler de eklenmedi. Yardımcı olan tek şey PCB'yi metal bir kutuya koymaktı. Sanırım PCB'de bir şeydi. Belki de yer düzlemi, Olin'in önerdiği gibi merkezden beslenen bir yama anteni görevi görüyordu.

25MHz harmoniğinin ethernet ile ilgili konulara işaret ettiğini düşünüyorum. Micrel tavsiyelerine aşina değilim, fakat diğer birçok satıcı panonuzda görünmeyen phy ve magnetics arasında minimum bir mesafe önermektedir. Ayrıca, manyetiklerin altında sürekli bir yer düzlemi var ve çoğu yerde de tavsiye edilmiyor.

Mizanpaj resimlerini anlatmak oldukça zor, ama çıtın altına akan iz gibi görünüyor sonra dizeleri dışarı çıkıyor ve karşı tabaka üzerinde güzel bir anten gibi çıkıyor. Bu, bazı yakın saha araştırmalarıyla doğrulanabilir, belki de?

Yakın alanda ortaya çıkan ve uzak olmayan şeyler, benim anladığım kadarıyla, bu frekans için etkili bir bağlantı yolu ve anten olmadığı anlamına gelir.

Herşeyi doğru atlattığın için kesinlikle pozitif misin? Bir EMC test cihazım vardı, bir paso kapağını kaçırdıkları için geçmemek için geçen bir panosu olduğunu söyledi. Ayrıca bypass kapaklarınızın 25MHz'de istediğiniz şekilde çalıştığından emin olabilirsiniz. İzleme jeneratörlü bir spektrum analizörü ve üzerine kapaklı lehimli 50 ohm'lik bir çizgi kullanın ve gerçekte nasıl çalıştıklarını görün.

Bence David Kessner'ın cevabı hala dikkate değer. Burada yeterince bilgimiz varmış gibi hissetmiyorum.

Bence en iyisi deneyimli bir emc teknolojisiyle bir ya da iki saat kiralamak (belki de bir inhouse'unuz olabilir) ve size tahtanız hakkında söylediği her şeyi emmek olacaktır.