Projektowanie płytek drukowanych typu high-speed: krótkie i bezpośrednie ścieżki

^{Sygnały w szybkich płytkach PCB poruszają się z prędkością światła, podobnie jak ich zakłócenia elektromagnetyczne}

Jak wiadomo, szybkie płytki PCB mogą mieć problemy z emisją zakłóceń elektromagnetycznych. Ryzyko pochodzić może z długich ścieżek, które tworzą anteny nadawcze lub odbiorcze. Dłuższe ścieżki pokrywają również większy dystans, co zwiększa szanse na to, że wrażliwe obwody zostaną poddane ich wpływowi. Korzystanie z krótkich ścieżek, które przebiegają bezpośrednio, pomoże zmniejszyć ryzyko zakłóceń elektromagnetycznych zarówno z anten, jak i bliskości innych ścieżek.

Nigdy tak naprawdę nie wierzyłem w ideę „mniej znaczy więcej”, dopóki sam nie doświadczyłem jej podczas gotowania z przyjaciółmi. Byłem „mistrzem grilla”, co oznaczało, że odpowiadałem za przyprawianie i grillowanie steków. Zdecydowałem się na prostą przyprawę z soli i pieprzu, a będąc miłośnikiem soli, pomyślałem, że nic mnie nie ogranicza. Cóż, steki okazały się zbyt słone, by większość moich przyjaciół mogła je zjeść. Słony stek pozostawia nieprzyjemny smak w ustach, podobnie jak szybka płytka drukowana z dużą ilością długich ścieżek. Długie, kręte ścieżki na płytce PCB mogą zwiększyć emisję zakłóceń elektromagnetycznych i wykorzystaną przestrzeń. Ćwiczenie „mniej znaczy więcej” poprzez utrzymywanie krótkich i bezpośrednich ścieżek sprawi, że nikt nie uzna twoich projektów za „niesmaczne”.

Długie ścieżki zwiększają ryzyko zakłóceń elektromagnetycznych

As you know, high-speed PCB design can often have issues with EMI. This EMI risk can come from long traces that form transmitting or receiving antennas. Longer traces also cover more distance, which increases the chances that sensitive circuits are affected along the way. Using short traces that take direct paths will help reduce EMI risk from both antennas and trace proximity.

Podobnie jak nikt celowo nie przesoli steku, tak też nikt celowo nie stworzy ścieżki tak, aby stała się anteną dla zakłóceń elektromagnetycznych. Może wysoka częstotliwość zmieniła impedancję kondensatora lub prąd zwrotny utworzył nieoczekiwaną pętlę w płaszczyźnie uziemienia. Bez względu na przyczynę, najlepszym sposobem na ograniczenie promieniowania anteny jest skrócenie ścieżek. Anteny mogą nadawać lub odbierać, dlatego ścieżki w obwodach „hałaśliwych” i „cichych” należy skracać. Mniejsza antena zawsze będzie emitować lub odbierać mniej niż większa antena.

Ścieżki nie są jedynymi elementami konstrukcji PCB, które mogą generować zakłócenia. Przerwy w płaszczyźnie uziemienia będą również działać jak anteny, gdy zostaną przekroczone przez ścieżkę. Zadbaj o to, aby ścieżki były krótkie i bezpośrednie, ale nie kosztem przekraczania przerw w płaszczyźnie podłoża.

^{Transkontynentalna ścieżka byłaby zdecydowanie zbyt długa w projektowaniu płytek drukowanych}

Długie ścieżki kosztują więcej

Im dłuższa ścieżka, tym więcej miejsca zajmuje. Mniej ścieżek oznacza też więcej pieniędzy.

Projektantów obwodów drukowanych zawsze naciska się na to, aby zmniejszali rozmiary, więc dołożę się do problemu, popychając cię do skrócenia ścieżek. Nie tylko zajmują one miejsce ale wymagają też  więcej miejsca na prześwit wokół siebie. Księgowi twojej firmy mogą już, jak mówią dzieci, „salty”. Nie przesadzaj, zmuszając ich do płacenia za zbyt dużą płytkę drukowaną.

^{Projektowanie płytek drukowanych - tworzenie ścieżek bezpośrednich przed wyznaczeniem trasy}

Jak skrócić ścieżki

Najlepszym sposobem na skrócenie ścieżki jest staranne ułożenie płytki drukowanej. Utrzymuj szybkie systemy blisko siebie, a odbiorniki – w pobliżu odpowiednich wejść.

Dobry układ płytki drukowanej może pomóc rozwiązać problemy, zanim jeszcze się pojawią. Ustawienie układu w taki sposób, aby szybkie systemy znajdowały się blisko siebie, umożliwi rozpoczęcie projektu z niewielkimi przerwami. Szczególnie ważne jest, aby sygnał wejściowy do ścieżki odbiornika był jak najkrótszy, ponieważ linia ta może wprowadzić do systemu najwięcej „szumów”. Dodatkowo, utrzymywanie szybkich komponentów blisko siebie zmniejszy wpływ każdego wypromieniowanego sygnału elektromagnetycznego na inne obwody. Zanim narysujesz pierwszą ścieżkę, zredukuj dystans.

Wymienione zasady projektowania obwodów mogą mieć sens, ale ich wdrożenie bywa męczące. Na szczęście oprogramowanie do projektowania szybkich płytek drukowanych może ci pomóc. Spróbuj oznaczać kolorami swoje szybkie systemy, aby śledzić komponenty i ścieżki. Oprogramowanie z dobrymi funkcjami trasowania śladów ułatwia także ich trasowanie lub przekierowywanie na możliwie najkrótszą ścieżkę. Tak się składa, że Altium Designer^® ma już dokumentację pokazującą, jakim kolorem oznaczać elementy i jak rozmieścić ścieżki.

Po porażce „mniej znaczy więcej” stałem się znacznie ostrożniejszy podczas przyprawiania steków. Ucz się na moich błędach i stosuj zasadę „mniej znaczy więcej” na szybkiej płytce drukowanej, zanim długie ścieżki pozostawią po sobie zły smak. Trasuj komponenty bezpośrednio za pomocą specjalistycznych narzędzi i zasobów.

Masz więcej pytań na temat zasad projektowania szybkich płytek drukowanych? Porozmawiaj z ekspertem Altium.