Рекомендации по проектированию печатных плат для минимизации радиочастотных передач

Существуют определенные рекомендации по проектированию печатных плат, которые не имеют особого смысла, а также методы, которые кажутся чрезмерными и ненужными. Часто они мотивированы черной магией, то есть радиочастотной передачей. Это либо неудачное и непреднамеренное последствие работы электронных схем, либо их волшебная и полезная особенность, и много времени на проектирование уходит на уменьшение или устранение этих эффектов или их настройку.

Вы задаетесь вопросом, насколько это важно для ваших проектов и стоит ли вам беспокоиться о непреднамеренных радиационных выбросах. По шкале важности Бэддели:

Когда сигнал движется по проводу, в пространстве вокруг него создается электрическое поле. Если это сигнал постоянного тока, то поле не меняется, поэтому в мире радиочастот не происходит ничего интересного, все постоянно. Чистый DC встречается очень редко. Батареи могут это сделать, если только вы не регулируете коммутируемое напряжение, но все, что подключено к сетевой розетке, будет иметь синусоидальные волны частотой 50 или 60 Гц, которые затем выпрямляются, преобразуются, сглаживаются, подталкиваются и подталкиваются в нечто вроде напряжения постоянного тока. . В действительности (и в зависимости от качества источника питания) этот источник будет пульсировать и создавать небольшие изменения напряжения постоянного тока, эффективно создавая небольшое изменяющееся электрическое поле. Другие вещи, такие как кварцевые генераторы, сигнальные линии между микросхемами и шины памяти, имеют изменяющиеся сигналы напряжения, перемещающиеся по проводу из одного места в другое. Таким образом, электроника наводнена сигналами и меняющимися электрическими полями. Именно эти изменяющиеся электрические поля, благодаря большому количеству математических вычислений, в основном вычисленных Максвеллом, Фарадеем и Гауссом, приводят к тому, что электрическое поле становится электромагнитным излучением.

Частота излучения — это частота, с которой изменяются электрические поля, и на это влияет множество факторов. Одним из них является форма провода, по которому распространяется электрическое поле. Если у вас есть нечто, называемое дифференциальной парой, электрические поля, идущие по проводу, нейтрализуют друг друга, что приводит к почти полному отсутствию передачи. Если у вас есть провод, который не подключается на другом конце, сигнал может пройти по длине и отразиться обратно. Если длина провода настроена так, что при отражении волна усиливается, а не подавляется, то у вас хорошая антенна. Возвращаясь к частоте, это никогда не бывает идеальной синусоидальной волны; это комбинация волн разной частоты. Антенный приемник имеет электронику, которая анализирует эти частоты в пределах диапазона для извлечения сигнала. Современные устройства в основном FM, поэтому есть основная несущая частота, и она немного изменяется в зависимости от сигнала данных.

Трассировочная антенна — это антенна, сделанная из небольшой полоски медного провода на печатной плате, которая просто резонирует на определенных частотах. Это может быть намеренно, как конструкция антенны F для приемопередатчиков 2,4 ГГц, или это может быть случайно, например, из-за пролива земли, в результате которого образуется длинная тонкая полоса. Чтобы избежать этого, внимательно осмотрите грунт на предмет следов, которые никуда не ведут. Либо устраните их, либо вставьте переходное отверстие, чтобы дорожка не резонировала. Держите землю как можно более рыхлой. Чем больше у вас пальцев и чем больше вы их разрезаете, растягиваете и разделяете, тем больше непреднамеренного излучения вы получите. Как правило, не используйте провода, не соединенные с обоих концов, если только вы намеренно не создаете антенну. Это может относиться к плате ввода-вывода, которая не подключена. В конце концов, если к этому разъему ввода-вывода ничего не подключено, это всего лишь след, ведущий в никуда. Если ваш микроконтроллер достаточно умен, чтобы обнаружить отключение кабеля, не посылайте никаких сигналов по этому проводу. Заземлите все неиспользуемые модули ввода-вывода.

Трасса, расположенная рядом с краем платы и дальше от слоя заземления, будет излучать больше электромагнитных помех. Сшивание переходных отверстий означает размещение кольца переходных отверстий, прикрепленного к заземляющей плоскости, по всему краю печатной платы (или как можно дальше). Вы также можете выровнять стороны сигнальной дорожки переходными отверстиями, чтобы уменьшить электромагнитные помехи от дорожки. Кроме того, достаточное количество переходных отверстий должно соединять заливку заземления с плоскостью заземления (если у вас есть отдельный слой заземления на 4-слойной плате или ваша 2-слойная плата в основном заземляется снизу). Это предотвращает случайное попадание антенн, а также гарантирует, что вся земля всегда будет иметь один и тот же потенциал.