EMI z elastycznych kabli PCB w systemach wielopłytowych

Alexsander Tamari
|  Utworzono: maj 23, 2025
EMI z elastycznych kabli PCB w systemach wielopłytowych

Giętkie kable obwodów drukowanych są bardzo użyteczne do oszczędzania miejsca i umożliwiania aplikacji składanych w elektronice. Pozwalają również na montaż pewnych obwodów oraz unikalne mocowania do obudowy poprzez włączenie usztywniaczy i otworów montażowych. Chociaż giętkie obwody drukowane mogą kosztować więcej niż standardowa opcja kabli przewodowych, mogą umożliwić aplikacje o wyższej wartości, które zdecydowanie zrównoważą koszty projektowania i produkcji.

Tak jak każde inne połączenie płyta-do-płyty, giętkie PCB mogą doświadczać problemów z EMI. Obejmuje to promieniowanie EMI z konektorów dla sygnałów na giętkim połączeniu, lub kabel z zewnętrznego źródła. Unikalna konstrukcja kabli giętkich przyznaje interesujące rozwiązania, które powinny być rozważane dla wielu projektów, w tym wysoce wytrzymałych systemów wojskowych i lotniczych. W tym artykule omówię niektóre z czynników projektowych, które adresują wyzwania EMI w giętkich kablach obwodów drukowanych.

Użycie Giętkich Kabli Obwodów Drukowanych Prowadzące do EMI

Urządzenia wykorzystujące elastyczne przewody obwodów drukowanych różnią się szeroko pod względem zastosowania, począwszy od ultrakompaktowych urządzeń cyfrowych, aż po wysoce wytrzymałe systemy stosowane w motoryzacji, wojskowości i lotnictwie. Elastyczne przewody obwodów drukowanych najczęściej znajdują się wewnątrz obudowy urządzenia i nie są wystawione na zewnętrzne środowisko. W niektórych produktach, takich jak produkt modułowy, przewód elastyczny jest wystawiony na zewnątrz obudowy i będzie miał inne charakterystyki odporności na EMI.

Zamiast być zakończone złotymi palcami dla złącza ZIF/złącza krawędziowego, elastyczne obwody drukowane mogą być zakończone standardowym złączem płyta-do-płyty, a to zakończenie złącza może być punktem, w którym EMI, takie jak impuls ESD, może dostać się do systemu. Po zrealizowaniu tych czynników ryzyka dla EMI, istnieją pewne praktyki projektowe, które mogą być użyte do tłumienia lub zapobiegania EMI w elastycznym obwodzie drukowanym.

Uziemienie kratowe i gęstość kratowania

Jednym z głównych wyzwań związanych z elastycznymi płytami obwodów obsługującymi sygnały o wysokiej prędkości lub wysokiej mocy jest to, że nie mogą one używać pełnych płaszczyzn. W przypadku kabli elastycznych, które rozprowadzają energię, często oznacza to wielowarstwowe miedziane warstwy, które są przecinane, ponieważ pozwala to na formowanie i zginanie kabla elastycznego według potrzeb, jednocześnie zapewniając wymaganą zdolność przenoszenia prądu. W przypadku trasowania sygnałów, potrzebna jest przecinana płaszczyzna uziemiająca, aby zdefiniować impedancję ścieżki i zmniejszyć emisje promieniowane z linii sygnałowych.

Jeśli kabel elastyczny doświadcza zbyt dużego przeplotu lub odbiera zbyt dużo zewnętrznego EMI, może być potrzebne bardziej szczelne uziemienie przecinane. Zmniejszenie otworu przecinania zwiększy ilość miedzi na jednostkę powierzchni, co zwiększy zdolność ekranowania warstwy płaszczyzny. Niestety, wymagania dotyczące mocy i pasma przenoszenia dla sygnałów o wysokiej prędkości mogą stać się tak wysokie, że kabel elastyczny przestanie być użyteczny, i potrzebny będzie standardowy kabel przewodowy.

Jaki współczynnik wypełnienia miedzi względem otworu w siatce powinien być użyty w siatkowanej płaszczyźnie? Trudno jest czynić ogólne stwierdzenia, ponieważ zależy to od sposobu użycia siatkowania. Siatkowanie może być używane jako masa dla sygnałów cyfrowych oraz do kontroli impedancji, w takim przypadku otwór masy siatkowanej powinien być mniejszy niż pewna część odległości propagacji sygnału podczas jego narastania. W przypadku zasilania i masy, otwór siatkowania nie powinien być na tyle duży, aby znacząco zmniejszał zdolność przenoszenia prądu przez elastyczny kabel. Często potrzebne są symulacje, aby scharakteryzować impedancję, opór stały oraz zdolność do odprowadzania ciepła przez siatkowane płaszczyzny.

Symulacja impedancji siatkowanej płaszczyzny pokazuje periodyczność siatkowania, co może pozwolić na odbiór lub emisję wysokoczęstotliwościowego EMI przez elastyczny kabel PCB.

Promieniowanie z łączników stykowych

Przejścia sygnałów przez złącza stykowe mogą być źródłami emisji promieniowanej, co może występować w złączach montowanych powierzchniowo, złączach ZIF dla powlekanych palców oraz w złączach pinowych montowanych przelotowo. Elastyczne kable używane do szybkich połączeń cyfrowych z pewnością mogą mieć problemy z emisjami promieniowanymi z złącz stykowych, głównie z powodu braku wystarczającego uziemienia w rozkładzie pinów złącza. Elastyczne połączenia przenoszące energię mogą również być źródłami emisji z wielu powodów. Niektóre z powszechnych przyczyn, dla których złącza stykowe prowadzą do emisji, to:

  • Niedopasowanie impedancji widoczne dla bardzo szybkich sygnałów
  • Szum wspólny na ścieżkach, który promieniuje z elastycznego kabla
  • Niewystarczające filtrowanie pozwalające na przenikanie szumu przełączania na kabel
  • Brak uziemienia w rozkładzie pinów złącza
  • Nieprawidłowe użycie osłony kabla na złączu ekranowanym
  • Podłączenie osłony złącza do uziemienia systemowego zamiast do uziemienia pierścienia obudowy

To złącze stykowe dla elastycznego kabla może być źródłem emisji promieniowanej, typowo z powodu braku uziemienia lub odbić sygnału.

Aby zapewnić dobre sprzężenie odniesienia do masy dla sygnałów i zasilania, należy przypisać niektóre piny w złączu do masy po obu stronach interfejsu łączącego. Zapewni to połączenie masy przez elastyczne połączenie i zagwarantuje, że sygnały nie będą przekraczać podziałów w przewodnikach odniesienia. Jeśli chodzi o ekranowanie złączy, często nie są one wystawione na zewnętrzne środowisko, więc projekt kabla elastycznego może nie odnieść korzyści z użycia ekranowanych złączy wewnątrz obudowy.

Filtrowanie na liniach sygnałowych i zasilających kabla elastycznego

Tak jak ma to miejsce w systemach z sztywnymi PCB i kablami, filtrowanie może być stosowane na wejściach i wyjściach w celu adresowania promieniowanego i przewodzonego EMI. Poprzez redukcję emisji przewodzonej przez kabel elastyczny, można również zmniejszyć promieniowane EMI, gdy hałas propaguje się do niewystarczająco uziemionego interfejsu łączącego. Dostępne są opcje filtrowania, bezpośrednio na kablu elastycznym lub na sztywnej sekcji ze wzmacniaczem:

  • Dławiki SMD dla szumów wspólnych
  • Moduły filtrów wyższego rzędu
  • Filtry RC lub LC zbudowane z dyskretnych komponentów
  • Ferryty na liniach zasilających DC lub sygnałach DC

Szczególnie podoba mi się opcja modułów filtrujących, zwłaszcza dla zasilania podawanego na wejściu lub wyjściu elastycznego kabla. Te moduły mogą oferować filtrację wyższego rzędu z ostrym spadkiem w zakresie kiloherców, co czyni je bardzo użytecznymi do usuwania szumów z zasilania prądem stałym. Poniżej przedstawiono przykład z Murata z projektu przetwornika flyback w Altium Designer.

Moduł filtrujący Murata (PN: BNX026H01L), który zapewnia filtrację dolnoprzepustową wyższego rzędu, głównie dla połączeń zasilania prądem stałym.

Linie paskowe z płaszczyznami przekreślonymi

Z powodu otworów w płaszczyznach przekreślonych, struktury te nie będą miały niezwykle wysokiej skuteczności ekranowania przed EMI. Gdy sygnały są zbyt podatne lub ich szybkości narastania są tak duże, że płaszczyzna przekreślona ma trudności z zawieraniem pola elektromagnetycznego, tworzenie konfiguracji linii paskowej z płaszczyznami przekreślonymi może być rozwiązaniem. Umieść płaszczyznę przekreśloną powyżej i poniżej warstwy sygnałowej, aby stworzyć strukturę linii paskowej. Najlepszym sposobem na maksymalizację skuteczności ekranowania jest lekkie przesunięcie struktur przekreślonych tak, aby stały miedź w jednej płaszczyźnie przekreślonej nakładała się na otwory przekreślenia w drugiej płaszczyźnie.

W pewnym momencie sygnały o szybkościach narastania poniżej jednej nanosekundy stają się na tyle szybkie, że struktura kratowa nie jest w stanie utrzymać integralności sygnału i dopuszcza zbyt dużo promieniowanego EMI. W tym momencie lepszą opcją będzie kabel. Te połączenia zazwyczaj są różnicowe, co pomaga ograniczyć szum. Dostawcy złącz oferują kilka opcji, które zapewniają wysoką przepustowość propagacji sygnałów różnicowych z dopasowaniem impedancji na powierzchniach łączenia złączy. Sprawdź specyfikację szybkości transmisji danych na złączach, aby upewnić się, że będą one wspierać twoje potrzeby związane z integralnością sygnału i EMC.

Samtec AcceleRate® wysokoprędkościowe kable są potrzebne, gdy wymagania dotyczące szybkości transmisji danych i przepustowości kanału stają się zbyt duże.

Podsumowując, kable elastyczne mogą działać z taką samą wydajnością jak kable przewodowe z perspektywy EMI, pod warunkiem, że sygnały nie są zbyt szybkie. Wymaga to również odpowiedniego projektowania rozmieszczenia pinów, aby zapewnić spójne połączenie przewodnika odniesienia na wszystkich powierzchniach łączenia i w całym kablu elastycznym. Filtry mogą również być przydatne dla konkretnych źródeł szumów, zasilania prądem stałym i niektórych sygnałów, które mogą również przenosić szum wspólny.

Wysokoprędkościowe sygnały jednostronne z wymaganiami kontroli impedancji mogą nie być najlepszą opcją do użycia w przewodach elastycznych. Jednak pary różnicowe mogą być przydatne dzięki ich niższym emisjom promieniowanym, nawet gdy masa jest rzadka, jak w przypadku siatki masy. W takim przypadku pary różnicowe mogą wymagać bliższego rozmieszczenia niż zwykle stosowane na sztywnych PCB, ponieważ zmniejszy to zmiany impedancji nad siatką masy.

Niezależnie od tego, czy potrzebujesz zbudować niezawodną elektronikę mocy czy zaawansowane systemy cyfrowe, użyj kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD w Altium Designer®. Aby wdrożyć współpracę w dzisiejszym środowisku interdyscyplinarnym, innowacyjne firmy korzystają z platformy Altium 365, aby łatwo udostępniać dane projektowe i wprowadzać projekty do produkcji.

Przedstawiliśmy tylko niewielką część możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.

 

About Author

About Author

Alexsander dołączył do Altium jako Technical Marketing Engineer i wniósł do zespołu wieloletnie doświadczenie inżynierskie. Jego pasja dla projektowania układów elektronicznych w połączeniu z praktycznym doświadczeniem biznesowym zapewnia wyjątkową perspektywę zespołowi marketingowemu Altium. Alexsander jest absolwentem UCSD, jednego z 20 najlepszych uniwersytetów na świecie, gdzie uzyskał dyplom inżyniera elektryka.

Powiązane zasoby

Powiązana dokumentacja techniczna

Powrót do strony głównej
Thank you, you are now subscribed to updates.