Elektronisches Design - PCB-Schaltungsdesign und EMV-Geräteauswahl

1. PCB-Schaltungsdesign and EMC device selection

Zu Beginn neuer Design- und Entwicklungsprojekte wird die richtige Auswahl aktiver und passiver Komponenten und perfekte PCB-Schaltungsdesign-Technologie dazu beitragen, die EMV-Zertifizierung zu niedrigsten Kosten zu erhalten, wodurch die zusätzlichen Kosten für Produkte durch Abschirmung und Filterung reduziert werden. Volumen und Gewicht. Diese Technologien können auch die Integrität digitaler Signale und das Signal-Rausch-Verhältnis analoger Signale verbessern und die Wiederverwendung von Hard- und Software mindestens einmal reduzieren. Dies wird auch dazu beitragen, dass neue Produkte ihre funktionalen technischen Anforderungen erfüllen und so schnell wie möglich auf den Leiterplattenmarkt eintreten. Diese EMV-Technologien sollten als Teil des Wettbewerbsvorteils des Unternehmens betrachtet werden und Unternehmen dabei helfen, maximalen kommerziellen Nutzen zu erzielen.

1.1 Digitalgerät und EMV Schaltungsdesign

1.1.1 Auswahl der Vorrichtung

Die meisten digitalen IC-Hersteller können mindestens eine bestimmte Serie von Geräten mit geringerer Strahlung produzieren, und sie können auch mehrere ESD-beständige I/O-Chips produzieren. Einige Hersteller liefern VLSI mit guter EMV-Leistung (einige EMV-Mikroprozessoren sind besser als gewöhnliche Produkte. Strahlung ist niedriger als 40dB); Die meisten digitalen Schaltkreise verwenden Quadratwellensignale für die Synchronisation, die Oberschwingungskomponenten hoher Ordnung erzeugen, wie in Abbildung 1 gezeigt. Je höher die Taktrate, desto steiler die Kante und desto höher die Frequenz und Oberschwingungs-Emissionsfähigkeit. Versuchen Sie daher unter der Prämisse, technische Produktindikatoren zu erfüllen, eine Low-Speed-Uhr zu wählen. Verwenden Sie niemals AC, wenn HC verwendet werden kann. Verwenden Sie HC nicht, wenn CMOS4000 es kann. Wählen Sie integrierte Schaltungen mit hohen Integrations- und EMV-Eigenschaften, wie:

*Die Power- und Massepunkte befinden sich in der Nähe

*Mehrere Strom- und Massepunkte

*Geringe Schwankung der Ausgangsspannung

*Steuerbare Schaltrate

*I/O-Schaltung passend zur Übertragungsleitung

*Differenzsignalübertragung

*Geringe Bodenreflexion

*Immunität gegen ESD und andere Interferenzphänomene

*Kleine Eingangskapazität

*Die Antriebsleistung der Ausgangsstufe übersteigt die Anforderungen der eigentlichen Anwendung nicht

*Niedriger transienter Strom der Stromversorgung (manchmal auch Penetrationsstrom genannt)

Die Höchst- und Mindestwerte dieser Parameter sollten vom Hersteller einzeln angegeben werden.. Geräte mit dem gleichen Modell und Index hergestellt von verschiedenen Leiterplattenhersteller können erheblich unterschiedliche EMV-Eigenschaften aufweisen. Dies ist sehr wichtig, um sicherzustellen, dass die nacheinander hergestellten Produkte eine stabile Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit aufweisen.

1.1.2 IC Halter ist nicht geeignet

IC-Buchsen sind für die EMV sehr ungünstig. Es wird empfohlen, Oberflächenmontage-Chips direkt auf der Leiterplatte zu löten. IC-Chips mit kürzeren Leitungen und kleineren Volumen sind besser. BGA und ähnliche Chip-Paket-ICs sind derzeit die beste Wahl. Die Emissions- und Empfindlichkeitseigenschaften des programmierbaren Read-Only-Speichers (PROM) an der Buchse (und schlimmer noch, die Buchse selbst hat eine Batterie) verschlechtern oft ein ansonsten gutes Design. Daher sollte ein programmierbarer Oberflächenspeicher verwendet werden, der direkt an die Leiterplatte gelötet wird.

Ein Motherboard mit ZIF-Sockel und einem federmontierten Kühlkörper am Prozessor (der einfach aufgerüstet werden kann) erfordert zusätzliche Filterung und Abschirmung. Trotzdem ist es vorteilhaft, eine oberflächenmontierte ZIF-Buchse mit kürzester Innenleitung zu wählen.

1.1.3 Schaltungstechnik

*Füllstandserkennung für Eingänge und Tasten verwenden (nicht Kantenerkennung)

*Verwenden Sie ein digitales Signal mit der langsamsten und geschmeidigsten Vorderkantenrate möglich (ohne die Verzerrungsgrenze zu überschreiten)

*Auf der Leiterplattenschablone kann die Signalrandgeschwindigkeit oder -bandbreite gesteuert werden (z.B. mit Weichferritperlen oder Reihenwiderständen am Antriebsende)

*Verringern Sie die Lastkapazität, so dass der offene Kollektortreiber nahe am Ausgangsende leicht hochzuziehen ist und der Widerstandswert so groß wie möglich ist

*Der Prozessor-Kühlkörper wird durch ein wärmeleitendes Material vom Chip isoliert und der Prozessor wird an mehreren Punkten der Hochfrequenz geerdet.

*Ein hochwertiger HF-Bypass (Entkopplung) des Netzteils ist an jedem Netzteil-Pin wichtig.

*Hochwertige Stromüberwachungsschaltungen müssen beständig gegen Stromunterbrechungen, Stürze, Überspannungen und vorübergehende Störungen sein

*Benötigen Sie einen hochwertigen Wachhund

*Verwenden Sie niemals programmierbare Geräte auf Watchdog- oder Stromüberwachungsschaltungen

*Stromüberwachungskreise und Wachhunde benötigen auch geeignete Schaltungen und Softwaretechnologie, damit sie sich je nach kritischem Zustand des Produkts an die meisten unerwarteten Situationen anpassen können

*Wenn die Anstiegs-/Fallzeit der Logiksignalkante kürzer ist als die Signalübertragungszeit in der Leiterplattenführung, sollte die Übertragungsleitungstechnologie verwendet werden:

A. Erfahrung: Die Zeit für ein Signal, um eine Rundfahrt pro Millimeter Trajektorlänge zu senden, ist gleich 36-Pikosekunden

B. Um die besten EMV-Eigenschaften zu erhalten, verwenden Sie Übertragungsleitungstechnologie für Trajektorien, die viel kürzer sind als die Erfahrung in einer

Einige digitale ICs erzeugen hochgradige Strahlung, und die dazugehörigen kleinen Metallboxen werden oft mit dem PCB-Masse Draht zur Erzielung eines Abschirmeffekts. Die Kosten der Abschirmung auf der Leiterplatte sind niedrig, aber es ist nicht geeignet für Geräte, die Wärmeableitung und gute Belüftung erfordern.

Die Taktschaltung ist in der Regel die wichtigste Emissionsquelle, und ihre Leiterplattentrale ist der kritischste Punkt. Das Layout der Komponenten muss so gestaltet sein, dass die Taktspuren die kürzesten sind, während sichergestellt wird, dass sich die Taktleitung auf einer Seite der Leiterplatte befindet, aber nicht durch die Durchkontaktierungen verläuft. Wenn eine Uhr einen langen Weg durchlaufen muss, um viele Lasten zu erreichen, kann ein Taktpuffer neben der Last installiert werden, so dass der Strom in der Langstrecke (Draht) viel kleiner ist. Dabei spielt die relative Verzerrung keine Rolle. Die Taktkante in der langen Trajektorie sollte so glatt wie möglich oder sogar eine Sinuswelle sein und dann durch den Taktpuffer neben der Last geformt werden.

1.1.4 Spread Spectrum Clock

Die sogenannte "Spread Spectrum Clock" ist eine neue Technologie, die den Messwert der Strahlung reduzieren kann, aber die momentane Sendeleistung nicht wirklich reduziert. Daher kann es bei einigen schnell reagierenden Geräten immer noch die gleichen Störungen verursachen. Diese Technologie moduliert die Taktfrequenz um 1% bis 2%, wodurch die Oberschwingungskomponenten verteilt werden, sodass der Spitzenwert im CISPR16- oder FCC-Emissionstest geringer ist. Die gemessene Emissionsreduktion hängt von der Bandbreite und der Integrationszeitkonstante des Testempfängers ab, so dass dies ein wenig spekulativ ist, aber diese Technologie wurde von der FCC akzeptiert und ist weit verbreitet in den Vereinigten Staaten und Europa verwendet.

1.2 Analoges Gerät und PCB Schaltungsdesign

1.2.1 Analoggerät auswählen

Die Wahl eines analogen Gerätes aus EMV-Perspektive ist nicht so einfach wie die Wahl eines digitalen Gerätes. Obwohl man auch hofft, dass Emission, Umwandlungsrate, Spannungsschwankungen und Ausgangsantriebsfähigkeit so gering wie möglich sein sollten, ist für die meisten aktiven analogen Geräte Rauschfestigkeit sehr wichtig. Faktoren, es ist ziemlich schwierig, eine eindeutige EMV-Bestellfunktion zu bestimmen.

Betriebsverstärker desselben Modells und Index von verschiedenen Herstellern können erheblich unterschiedliche EMV-Leistungen aufweisen, daher ist es sehr wichtig, die Konsistenz der nachfolgenden Produktparameter sicherzustellen. Hersteller empfindlicher analoger Geräte bieten Signal-zu-Rausch-Verarbeitungstechniken oder PCB-Layouts auf EMV- oder PCB-Schaltungsdesign an, was zeigt, dass sie sich um die Bedürfnisse der Benutzer kümmern, was den Benutzern hilft, die Vor- und Nachteile beim Kauf abzuwägen.

1.2.2 "Demodulationsprobleme vermeiden

Das Immunitätsproblem der meisten analogen Geräte wird durch Hochfrequenzdemodulation verursacht. Jeder Pin des OP-Verstärkers ist sehr empfindlich gegenüber Hochfrequenzstörungen, was nichts mit der verwendeten Rückkopplung zu tun hat. Alle Halbleiter haben einen Demodulationseffekt auf die Hochfrequenz, aber das Problem in der analogen Schaltung ist ernster. Selbst Low-Speed-Operationsverstärker können Signale bei Mobiltelefonfrequenzen und darüber demodulieren.