Mit steigenden Leiterbahngeschwindigkeiten auf Leiterplatten gewinnt die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zunehmend an Bedeutung. Bei der EMV-Analyse eines Produkts und Designs sind die folgenden fünf wichtigen Aspekte zu berücksichtigen.
(1) Kritische Bauteilabmessungen
Die physikalischen Abmessungen der strahlungserzeugenden Bauteile. Hochfrequenzströme erzeugen elektromagnetische Felder, die durch das Gehäuse dringen und austreten können. Die Länge der Leiterbahnen auf der Leiterplatte beeinflusst direkt den Ausbreitungsweg der Hochfrequenzströme.
(2) Impedanzanpassung
Die Impedanz von Quelle und Empfänger sowie die Übertragungsimpedanz zwischen ihnen.
(3) Zeitliche Charakteristika des Störsignals
Ob es sich dabei um ein kontinuierliches (periodisches Signal) Ereignis handelt oder ob es nur während bestimmter Betriebszyklen auftritt (z. B. könnte ein einzelnes Ereignis ein Tastendruck oder eine Störung beim Einschalten sein, während periodische Ereignisse beispielsweise Festplattenoperationen oder Netzwerk-Burst-Übertragungen umfassen könnten).
(4) Intensität des Störsignals
Wie hoch ist das Energieniveau der Quelle und welches Potenzial besteht, schädliche Störungen zu verursachen?
(5) Frequenzcharakteristik von Störsignalen
Verwenden Sie einen Spektrumanalysator, um Wellenformen zu beobachten und die Stelle des Problems im Spektrum zu identifizieren, um die Fehlerquelle genau zu lokalisieren.
Darüber hinaus sollten wir auch die Stromrichtung innerhalb der Schaltungskomponenten beachten. Wir wissen, dass Strom von Hochspannungsbereichen zu Niederspannungsbereichen fließt und in einem geschlossenen Stromkreis stets über einen oder mehrere Pfade fließt. Bei Anwendungen, in denen die Richtung von Störströmen gemessen wird, kann die Modifizierung von Leiterbahnen auf der Leiterplatte verhindern, dass diese Lasten oder empfindliche Schaltungen beeinflussen. Bei Anwendungen, die einen hochohmigen Pfad von der Stromquelle zur Last erfordern, müssen alle möglichen Rückstrompfade berücksichtigt werden.
Es gibt auch ein Problem mit Leiterbahnen auf Leiterplatten. Die Impedanz von Leitern bzw. Leiterbahnen setzt sich aus dem Widerstand R und der induktiven Reaktanz zusammen. Bei hohen Frequenzen wird die kapazitive Reaktanz nicht berücksichtigt. Oberhalb einer Frequenz von 100 kHz verhält sich die Leiterbahn wie eine Induktivität. Leiterbahnen, die oberhalb von Audiofrequenzen arbeiten, können als HF-Antennen wirken. Gemäß den EMV-Vorschriften ist es nicht zulässig, dass Leiterbahnen bei einer bestimmten Frequenz unterhalb von λ/20 arbeiten (die Antennenlänge beträgt bei dieser Frequenz λ/4 oder λ/2). Bei unachtsamer Auslegung wird die Leiterbahn zu einer hocheffizienten Antenne, was die Fehlersuche erheblich erschwert.
Zum Schluss wollen wir noch auf Probleme beim Leiterplattenlayout eingehen.
Zunächst sollte die Größe der Leiterplatte berücksichtigt werden. Ist die Leiterplatte zu groß, verringert die erhöhte Leiterbahnlänge die Störfestigkeit des Systems und erhöht die Kosten, während eine zu kleine Leiterplatte zu Problemen mit der Wärmeableitung und gegenseitigen Störungen führen kann.
Zweitens sollte die Position spezieller Bauteile (z. B. Taktkomponenten) bestimmt werden. Taktleitungen sollten nicht von Masseflächen umgeben oder über bzw. unter kritischen Signalleitungen platziert werden, um Störungen zu vermeiden.
Drittens sollte basierend auf der Schaltungsfunktionalität das gesamte Leiterplattenlayout erstellt werden. Beim Platzieren der Bauteile sollten zusammengehörige Bauteile so nah wie möglich beieinander platziert werden, um eine bessere Störfestigkeit zu erzielen.