Leiterplattentechnisch - Die besten PCB-Design-Richtlinien zur Reduzierung von EMI

Alle elektronischen Leiterplatten sind so konzipiert, dass sie den Elektronenfluss ermöglichen oder sogar verbessern, um bestimmte Leistungsziele zu erreichen. Diese Aktion – der Strom, der durch einen geschlossenen Pfad fließt – erzeugt ein Magnetfeld, das nach außen projiziert wird und senkrecht zum Strom fließt. Wenn sich in der Nähe elektronische Komponenten oder Signalwege im Feld befinden, electromagnetic interference (EMI) occurs. Für viele PCBA Designs, besonders Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten, Die Kontrolle des EMI-Betrags ist die primäre Überlegung, die angemessen verwaltet werden muss. Für Leiterplatten mit Kühlkörperklassifizierungskomponenten, Die gängige Methode ist die Implementierung des EMI-Filterdesigns. Obwohl Filter wirksam sind, als Leiterplattendesigner, andere kennen PCB Entwurfsrichtlinien zur Reduzierung von EMI sind, dass Sie möglicherweise zu oft.

EMV und EMI: Was ist der Unterschied?

Die meisten PCBAs sind nicht die einzigen elektronischen oder elektrischen Geräte im Produkt. Daher, bevor wir uns mit Single-Board EMI-Themen befassen, Es ist hilfreich, ein Verständnis von EMI-Fragen auf Makro- oder Systemebene zu haben. So wie elektromagnetische Energie von einem einzelnen Bauteil emittiert wird, Leiter oder Spur, Es wird auch von der Leiterplatte selbst in die Umgebung ausstrahlen; wenn du es vorher noch nicht hattest, Platzieren Sie das Gauss-Messgerät in der Nähe des PCB und du wirst eine Lesung bekommen. Wenn mehrere Boards dicht beieinander liegen, Es wird wichtig, elektromagnetische Verträglichkeit oder EMV zu erreichen.

EMV kann als eine akzeptable Harmonie oder Balance zwischen elektromagnetischen Komponenten betrachtet werden, so dass die Störmenge minimal oder zumindest ausreichend gering ist, dass sie den normalen Betrieb nicht erheblich behindert. Leider ist die Abschaffung des gesamten EWI noch nicht möglich; EMI ist eigentlich jede Störung von elektromagnetischen Quellen, bezieht sich normalerweise auf die Störung auf einer einzelnen Leiterplatte. Diese Klassifizierung reicht aus, um das Problem zu untersuchen, da die Minimierung der EMI auf und von der Leiterplatte zur EMV der Betriebsumgebung der Leiterplatte beiträgt.

Woher kommt PCB EMI?

Elektromagnetismus erstreckt sich über einen unendlichen Frequenzbereich und ist fast überall. Darüber hinaus wird es, wie in der Abbildung unten gezeigt, von vielen Werkzeugen, Geräten und Produkten hergestellt, die wir täglich verwenden.

Elektromagnetisches Spektrum

Solange Strom vorhanden ist, besteht die Möglichkeit des EWI. Für PCBA kann die Quelle des EMI in eine der folgenden Kategorien unterteilt werden:

Element

Elektronische Komponenten und Komponenten – insbesondere Hochleistungsgeräte wie Prozessoren, FPGAs, Verstärker, Sender und Antennen – können einen erheblichen Einfluss auf die EMI haben. Darüber hinaus können Schalterkomponenten zerstörerische Störungen verursachen.

Signal und Trace

EMI kann auch entlang von Leiterbahnen oder an Pin- und Steckerpunkten erzeugt werden. Beispielsweise kann ein unsymmetrisches Differentialpaarrouting Signaldämpfung und Reflexionen entlang des Übertragungsweges verursachen, was die Signalintegrität oder die Fähigkeit zur genauen Identifizierung von Signalen erheblich beeinträchtigen kann, was zu fehlerhaftem Schaltungsverhalten führt. Darüber hinaus kann aufgrund von Streukapazitäten eine unerwünschte Kopplung zwischen dem Signalweg und der Masseebene gebildet werden.

Externe Quelle

Wenn sich die Leiterplatte zu nah an der Strahlungsquelle befindet (vielleicht eine andere Leiterplatte oder Komponente), kann EMI in Ihre PCBA eingebracht werden. Vibrationen oder Bewegungen anderer Geräte oder Geräte in der Leiterplattenumgebung können ebenfalls Oberschwingungen erzeugen.

Offensichtlich, Die Beseitigung aller potenziellen EMI-Quellen ist eine schwierige Aufgabe. Fürtunately, PCB-Design guidelines to reduce EMI can be developed to help minimize noise and achieve EMC.

Die besten PCB-Design-Richtlinien zur Reduzierung von EMI

Das Verständnis der EMI-Quellen, die Ihre Leiterplatte beeinflussen können, ist entscheidend für die Entwicklung von Strategien, um diese anhaltende Bedrohung für die PCBA-Leistung abzumildern. Wenn man EMI vom Standpunkt der Quelle betrachtet, bei der die Minimierungsmethode auf eine bestimmte Quelle abzielt, kann es eine gute Position sein, einen Satz von PCB-Designrichtlinien zu entwerfen, um EMI zu reduzieren.

Verringerung der EMI für Komponenten

Wie bereits erwähnt, können Komponenten die Hauptquelle für EM-Strahlung sein, die nicht nur den Bordbetrieb beeinträchtigen, sondern auch die externen PCBA und elektronischen Schaltungen beschädigen wird. Daher ist die Festlegung von Maßnahmen zur Minderung der negativen Auswirkungen (siehe unten) für gute Leitlinien zur Verringerung des EMI unerlässlich.

Wie kann die EMI von Bauteilen reduziert werden?

Wählen Sie möglichst stromsparende Komponenten

Einer der größten EMI-Generatoren auf einer Leiterplatte ist eine Komponente, die viel Strom benötigt. Mit dem Drang, den Stromverbrauch zu senken, können oft Alternativen gefunden werden, die weder Funktionalität noch Qualität beeinträchtigen.

Verschiedene Arten von Komponenten isolieren

Eine gute Konstruktionspraxis besteht darin, immer Komponenten zusammenzustellen, die die gleiche Art von Signal verarbeiten. Beispielsweise sollten digitale Komponenten nah an anderen digitalen Komponenten und von analogen Geräten isoliert sein.

Verwendung von PCB Zaun

Ein weiteres Instrument zur Verringerung der EMI besteht darin, Bauteile oder Teilschaltungen in Zäunen zu schließen. wie PCB Schutzringe und Faraday Käfige. Diese können auch die Strahlung zur Umgebung um die Leiterplatte effektiv reduzieren.

Nehmen Sie Wärmeableitungstechnologie an

Bei elektronischen Bauteilen erzeugt Energie Wärme. Daher können effiziente Kühlkörper und Durchgangslöcher erheblich dazu beitragen, EMI zu reduzieren.

Neben der Verringerung der EMI der Komponenten wird die Funktionsweise der Leiterbahnen auch die EMI der Leiterplatte stark beeinflussen.

PCB Layout Design zur Minimierung von EMI

Eine der wichtigsten Überlegungen beim Verlegen einer Leiterplatte ist die Tonhöhe. Dazu gehört, dass die Lücken und Kriechabstände zwischen leitfähigen Bauteilen ausreichend sind.

Die Aufrechterhaltung ausreichender Freiräume ist unerlässlich, um EMI zu minimieren

Wie man EMI von Signalen und Flugzeugen reduziert

Lassen Sie genügend Abstand zwischen Signalspuren

Der wichtigste Faktor, um EMI zwischen Leiterbahnen zu reduzieren, ist der Abstand oder Spalt. Befolgen Sie die Empfehlungen Ihres CMC, die auf IPC-Standards basieren sollten.

Stellen Sie sicher, dass die Entkopplungs- und Bypass-Kondensatoren geerdet sind

Streumkapazität ist schwer zu vermeiden; Allerdings kann seine Wirkung gemildert werden, indem der Kondensator so nah wie möglich an den Pin zur Masse platziert wird.

Gute EMI-Filterung verwenden

Die meisten Designs, insbesondere wenn digitale Signale verwendet werden, umfassen Schaltgeräte, die Signalverzerrungen erzeugen. In diesen Fällen ist die Filterung der beste Weg, um die Signaltreue zu verbessern.

Die Länge des Rücklaufpfades minimieren

Die Erdschleife sollte so kurz wie möglich sein.

Stellen Sie sicher, dass die Differentialspuren gleich sind

Bei differentiellen Signalpfaden müssen sich die Spurenpaare gegenseitig spiegeln. Dazu gehören Spurenlänge, Kupfergewicht und konstante Abstände. Bei Bedarf sollten Zickzacks verwendet werden, um Länge und Abstand beizubehalten.

Vermeiden Sie scharfe Winkel

Bitte verwenden Sie bei der Verdrahtung abgerundete Kanten anstelle scharfer Ecken, die Reflexionen aufgrund der charakteristischen Impedanzänderung verursachen können.

Legen Sie keine leitfähigen Schichten nebeneinander

Sie sollten niemals zwei leitfähige Schichten nebeneinander in einem PCB-Stapel platzieren. Es ist am besten, sie durch die Bodenebene zu trennen.

Trennen Sie die Bodenebene vorsichtig

Es ist am besten, separate Erdungen für verschiedene Signaltypen zu verwenden. Wenn Sie jedoch eine geteilte Bodenebene verwenden, stellen Sie sicher, dass Sie einen einzigen Punkt verwenden, um den Boden zu kombinieren.

PCB-Layout (einschließlich seiner Stapelung) ist sehr wichtig, um eine gute Signalintegrität zu fördern und EMI zu reduzieren. Wenn externe EMI jedoch nicht angesprochen wird, sind alle PCB-Designrichtlinien zur Reduzierung von EMI unvollständig.

Vermeidung externer EMI

Die Minimierung externer EMI ist sehr wichtig für die Signalintegrität und den Schaltungsbetrieb auf der Leiterplatte und die EMV der PCBA-Installationsumgebung. Zu den Maßnahmen, die ergriffen werden können, gehören die folgenden.

Wie kann EMI aus externen Quellen reduziert werden?

Schild verwenden

Im Allgemeinen wird die Abschirmung auf bestimmte Komponenten oder Teilschaltungen angewendet. Sie unterscheiden sich von Zäunen dadurch, dass sie in der Regel aus Isoliermaterial bestehen und auf den Teilen platziert werden oder sie vollständig umgeben.

Verwenden Sie die Shell

Das Gehäuse gilt in der Regel als Sicherheitseinrichtung. Das Gehäuse kann die Leiterplatte jedoch auch effektiv vor Schmutz und EMI von externen Quellen schützen.

Alle PCB Die oben besprochenen Konstruktionsrichtlinien für Bauteile, Layout, und externe Quellen können EMI auf der Leiterplatte effektiv minimieren und zur EMV der Leiterplattenbetriebsumgebung beitragen. Allerdings, Ob diese notwendig sind, hängt von Ihrem Design ab, seine Funktionalität, and Leistung goals. Daher, Sie sollten sich bemühen, Ihr Design zu optimieren, um EMI zu reduzieren, preferably using analysis tools (such as Cadence's PSpice).