направленности (рекомендуется воспользоваться макросом). В отчет занести картины полей, пиковые значения E и H полей на пробниках, по полученным результатам сделать выводы.

Примечание: изначальное моделирование настроено на F-вычислитель, если имеется возможность использовать GPU ускорение рекомендуется перейти в TLM режим.

3.6. Лабораторная работа № 6. Исследование влияния расстояния между дорожками на излучаемые поля

Цель работы: исследование влияния взаимного расположения дорожек на электромагнитное излучение на печатных платах.

1. Краткие теоретические сведения

С ростом частоты работы радиоэлектронных устройств становится невыгодно использовать катушки индуктивности, которые формируются в виде дросселя в отдельном корпусе. В данный момент нельзя при использовании базовых пассивных компонентов получить небольшие номиналы индуктивностей, а сопротивление катушки прямо пропорционально рабочей частоте. На помощь

врешении данной ситуации приходят различные формирования с использованием дорожек, так, один из типов планарных катушек – меандр был рассмотрен

влабораторной работе № 2, однако другими вариантами являются индукторы, как на рис. 127.

98

Рис. 127. Планарные катушки индуктивности

Помимо сформированных на печатных платах планарных катушек индуктивности особое внимание стоит уделять расстоянию между дорожками на печатных платах, и это важно не только со стороны взаимной емкости (лабораторная работа № 2), а также по взаимным наводкам электрического и магнитного полей, пробоя токов. В аналоговых системах взаимная наводка приводит к формированию дополнительных шумов, что ухудшает отношение сигнал/шум, улучшить которое можно применением дополнительных каскадов фильтров, а это приводит к необходимости использовать дополнительное место, дополнительные дорожки, которые тоже вносят потери в целостность сигнала. Для большинства печатных плат существует стандарт, который ограничивает минимальное расстояние между проводниками. Например, стандарт IPC – табл. 17 устанавливает следующие минимальные зазоры между проводниками.

99

Однако помимо норм стандартов стоит учитывать, что технологические нормы изготовителя печатных плат могут не позволить сформировать очень малый зазор, так как формирование слишком тонкого фото трафарета является дорогостоящим процессом и требует или очень высокоразрешающего принтера или лазера, также всегда стоит помнить о возможном браке в виде тонких ме д- ных проводников между дорожками. Поэтому одним из самых простых способов улучшения характеристик ЭМС между дорожками является применения правила 3W (рис. 128).

Рис. 128. Правило 3W

Но не всегда возможно применить такое расстояние между проводниками на верхних слоях, поэтому можно перевести такие дорожки на внутренние слои печатной платы, что позволяет значительно уменьшить расстояние (табл. 17), однако каждое переходное отверстие приводит к повышению индуктивности в цепи, ухудшению прочности платы и уменьшению свободного пространства для расположения дорожек.

2. Моделирование излучения поля для различных типов расположения проводников

Для примера рассмотрим печатную плату, на которой сформирована планарная катушка индуктивности, а также проведены 4 дорожки, формирующие пары с разными расстояниями между проводниками. Для расчета параметров планарных индукторов удобно использовать специализированное программное обеспечение, так как их расчет является достаточно трудоемким процессом, пример расчета индуктивности приведен на рис. 129.

100

Рис. 129. Пример расчета планарных катушек индуктивности

Особый интерес для индукторов представляет излучение H-поля и плотности магнитной энергии. Для близко расположенных дорожек особый интерес представляют взаимные наводки полей, что приводит к возникновению токов.

Рассмотрим поля, которые наблюдаются около планарного индуктора, для E-поля (рис. 130), по полю видно, что силовые линии замыкаются на дорожках, переходя от одной к другой, причем напряженность электрического поля снижается по пути к центру индуктора.

Рис. 130. E-поле планарного индуктора

Для магнитного поля (рис. 131) видно, что линии поля огибают дорожки, что проводит к запасанию магнитной энергии, так как при прекращении протекания тока через индуктор произойдет возникновение тока в проводнике.

101

Рис. 131. H-поле планарного индуктора

Для остальных мониторов поля важно исследовать места скопления токов, излучения энергии, так как по полученным картинам можно легко определить вихри полей вблизи проводящих дорожек. Для картины плотности магнитной энергии (Mag. Energy Dens.) особое внимание следует уделить уплотнениям вблизи мест изгиба дорожек под углом 90 градусов. Также особое внимание следует уделить пробникам поля H и E компоненты, так как они показывают частоты, на которых наблюдается усиленное излучение полей.

Особое внимание для двух параллельных проводников следует уделить картинам E, H – полей, а также поверхностным токам, которые дадут понять, как протекают токи и сигналы, а также определить наводки, возникающие в цепи. Для близкорасположенных проводников (0,2 мм) видно, что концентрация полей E (рис. 132), H (рис. 133) и поверхностных токов (рис. 134) уплотняется в пространстве между проводниками, чем формируется «волновод», соответственно, и возникают токи в параллельно идущей (ненагруженной) дорожке, что приведет при синхронном функционировании к возникновению шумов.

Рис. 132. Картина E-поля для близкорасположенных дорожек (сигнал протекает по правой дорожке)

102

Рис. 133. Картина H-поля для близкорасположенных дорожек

Рис. 134. Поверхностные токи для близкорасположенных дорожек

Для того, чтобы было проще оценить отличия между картинами полей при близкорасположенных дорожках и для дорожек, у которых выполняется правило 3W (в данном случае 6,3 мм). Для картины E-поля (рис. 135), по которому видно, что напряженность поля между дорожками значительно уменьшилась, а соответственно и снизились взаимные наводки; для H-поля также можно сделать вывод о снижении напряженности поля и взаимного влияния между дорожками (рис. 136); для поверхностных токов (рис. 137) видно, что токи протекают именно по дорожкам, а не стремятся уплотниться в зоне между проводниками, как в копланарном волноводе.

Рис. 135. Картина E-поля для дорожек, расположенных на расстоянии

более 3W

103