Det är i mängder av utvärderingar både praktiskt och teoretiskt utvärderat hur bra en avkoppling kan tänkas fungera och ur vilket av kanske flera EMI-aspekter.
Grundtanken är alltid att minsto loop-arean är den som strålar sämst, inducerar minst med strömmar på andra ledningar.
Utöver liten looparea kan man låte själva transmissions-ledaren vara en del av av kondensatorn. Detta åstadkoms genom att strömvägen kopplas mycket tätt till motriktad retur-strömväg med låga induktiva förluster, dvd breda ledare.
Sådan koppling så att det är ett intressant alternativ kräver ofta mindre avstånd mellan ledare än vad som är normalt förekommande mellan två PCB-plan.
Kondensatorns funktion är att med så små förluster som möjligt återleda högfrekventa strömmar.
Val av smd kondensators kapacitans för avkoppling är därför enkelt. För en given kondensatorfamilj, säj kapslingsstorlek 0402 med familj GRM15 och dielectra X7R från Murata, väljer man det största kapacitiva värdet i denna serie och spänningsområde.
Detta då alla lägre kapacitiva värden har högre ESR för samma frekvens oavsett SRF. Utesluter inte individuella tillverkar-variationer men har aldrig sett sådana.
SMD_DIL.png
För TTL DIL fanns förr sådana här hållare med inbyggd kondensator. Fanns många variationer på temat.
Iden var en kondensator som till minsta möjliga loop-area avkopplade mellan jord och matningsspänning.
Det blev sällan bra ur EMI-synpunkt.
Kondensatorn agerar i detta fallet lokal kraftbuffert när TTL-kretsens utgång försöker skifta status så fort som möjligt.
Utan kondensatorn blir det ett spänningsdropp vid Vcc när en utport skiftar status och flanken blir slöare pga av reducerade strömtillgången, men med kondensatorn så orkar utgången skifta med brantare flanker, dvs med mer högfrekventa och möjligt oönskat EMI som resultat. Ofta med större konsekvenser då utsignalens loop-are kanske var betydligt större om det var en längre ledning som gick till andra kretsar kanske 10 cm bort.
Detta var ett stort problem vad gäller minnes-bussar på den tiden när man körde med DIL-kapslar för både minne och processor. Å ena sidan ville man avkoppla kretsen för att det stabilt skulle kunna arbeta på höga klock-frekvenser men ville hålla nere flankbrantheten i bussarna.
Höga klockfrekvenser var relativt med tanke på vad som på den tiden betraktades som snabbt, kanske 40 -100 MHz,
Ett av flera alternativ för att hantera inte bara Vcc utan samtliga pinnar på en digitalkrets togs fram. En lösning bestod i en underläggsplatta av ferrit-material som placerades under DIL-kretsen med genomföringshål för samtliga ben.
Det var relativt bra sätt att få ner EMI-nivåer men samtidigt begränsade det max möjliga stabila klockfrekvens.
Lösningen på detta problem bestod i flera delar, dels nya digital familjer med samma flankbranthet/strömdrivförmåga på både positiv och negativ flank till skillnad från t.ex. 74LS och dels att kunna hantera en stor mängd PCB-ledare vid caddningen så att de gavs transmissions-ledar-egenskaper för impedansmatchning mot signalingångarnas impedans (vilken sällan är 50 Ohm). I ungefär samma tidpunkt uppfanns spread spectrum som ett sätt att minska peak EMI-nivåer för klockfrekvenser. Genom välkontrollerat banta flanker på signal-utgångar minskas mängden EMI som kan leda till EMI-problem eller instabila omslag pga ringning.
SMD-kretsar intåg minskade dessa problem stort. SMD-kretsar har en betydligt lägre profil ovan jordplan vilket minskar loop-arean för signalledningar avsevärt jämfört med DILL-kretsar och dess mindre yttre storlek gör att extern Vcc-avkoppling även den får mindre loop-area och då avkopplingen görs med SMD-kretsar så minskar förluster pga långa anslutningsben.
Helt jordplan, jordfyll i topplage
, med rikliga genom-plätteringarr där så går, beräknade transmissions-ledare för signaler som behöver branta flanker och lågt jitter i både sändar och mottagar-chip som bägge ska ha så stabil och gemensam jordreferens som möjligt. Då kan man skicka signaler med små förluster via PCB i hög takt utan att det ger vare sej interna eller externa EMI-problem.
Detta med begränsat, ej oändligt, jordplan är alltid ett problem där jordplanet för en given punkt kan vara strömåterledare från flera olika typer av kretsar typ digitala, analoga, switchade spänningsomvandlare, och RF-chip. Det är alltid vissa delar av jordplanet som har en förmåga att bli mer het än andra där olika jordströmmar överlagras påtagligt på varandra och med otur så leder det till en hel skala av olika EMI-fenomen. Det är sällan ett problem om man tänkt efter redan vid caddningen men kan bli stort problem att hitta och rätta till i efterhand.
Kanske även skulle lägga till att om man inte kan åstadkomma impedansmatchning för kritiska kretsar typ klockor eller RF så leder det ofta till stående våg över stora delar av jordplanet där en av de heta delarna av jordplanet ofta är den punkt som är längst från signal-källan. Kan vara förvirrande vid felsökning med strömprob.
Det är samma fenomen som många som sysslar med HAM upplevt där mikrofonens jord blir en het ände som kan kittla när man sänder om man har reflektioner från antennen.
En grundläggande text som förklarar ovan i lite mer detalj:
https://www.eit.edu.au/cms/resources/bo ... ard-layout