Diseño electrónico - Tecnología de control EMC / emi en el diseño de placas de circuito impreso

Con la mejora de la integración de los dispositivos de circuitos integrados, la miniaturización gradual de los equipos y la mejora de la velocidad de los dispositivos, los problemas de EMI en los productos electrónicos se han vuelto más graves. Desde el punto de vista del diseño EMC / emi del equipo del sistema, manejar correctamente los problemas EMC / emi en la etapa de diseño de PCB del equipo es la forma más eficaz y de menor costo para que el equipo del sistema cumpla con los estándares de compatibilidad electromagnética. Este artículo presenta la aplicación de la tecnología de control EMC / emi en el diseño de PCB de circuitos digitales.

1. principios de producción y inhibición del IME

La generación de EMI es causada por la transmisión de energía de una fuente de interferencia electromagnética a un sistema sensible a través de una ruta de acoplamiento. Incluye tres formas básicas: conducción a través de cables o puesta a tierra pública, radiación a través del espacio o acoplamiento de campo cercano. El daño de la interferencia electromagnética se manifiesta en la reducción de la calidad de las señales transmitidas, la interferencia o incluso el daño al circuito o equipo, lo que impide que el equipo cumpla con los requisitos de los indicadores técnicos estipulados en las normas de compatibilidad electromagnética.

Para frenar el emi, el diseño del EMI de los circuitos digitales debe llevarse a cabo de acuerdo con los siguientes principios:

De acuerdo con las especificaciones técnicas EMC / emi pertinentes, el indicador se descompone en un circuito de una sola placa para el control jerárquico.

2. tecnología de control EMC / emi para circuitos digitales PCB

Al abordar diversas formas de emi, se deben analizar en detalle cuestiones específicas. En el diseño de PCB de circuitos digitales, el EMI puede controlarlo desde los siguientes aspectos.

Selección de dispositivos:

Al diseñar el emi, primero debemos considerar la velocidad del equipo seleccionado. En cualquier circuito, si se reemplaza un dispositivo con un tiempo de subida de 5 NS por un dispositivo con un tiempo de subida de 2,5 ns, el EMI se multiplicará aproximadamente por cuatro. La intensidad de radiación de la interferencia electromagnética es proporcional al cuadrado de la frecuencia. La frecuencia EMI más alta (fknee) también se llama ancho de banda de transmisión emi. Es una función del tiempo de subida de la señal, no de la frecuencia de la señal: fknee = 0,35 / TRS (donde TRS es el tiempo de subida de la señal del dispositivo)

El rango de frecuencia del EMI de esta radiación es de 30 MHz a varios ghz. En esta banda de frecuencia, la longitud de onda es muy corta, e incluso el cableado muy corto en la placa de circuito puede convertirse en una antena emisora. Cuando la interferencia electromagnética es muy alta, el circuito puede perder fácilmente su función normal. Por lo tanto, en la selección del dispositivo, bajo la premisa de garantizar los requisitos de rendimiento del circuito, se debe utilizar un chip de baja velocidad en la medida de lo posible y adoptar un circuito de conducción / recepción adecuado.

Diseño de apilamiento:

Bajo la premisa de que el costo lo permite, aumentar el número de formaciones conectadas y acercar las capas de señal a las formaciones conectadas puede reducir la radiación emi. Para los PCB de alta velocidad, el plano de alimentación y el plano de tierra están estrechamente acoplados, lo que puede reducir la resistencia de la fuente de alimentación y, por lo tanto, el emi.

Diseño:

De acuerdo con la corriente de la señal, un diseño razonable puede reducir la interferencia entre las señales. Un diseño razonable es la clave para controlar la interferencia electromagnética. Los principios básicos del diseño son:

Las líneas de reloj son la principal fuente de interferencia y radiación. Alejarlo del circuito sensible para que la trayectoria del reloj sea la más corta;

El conector debe colocarse en un lado de la placa en la medida de lo posible y mantenerse alejado del Circuito de alta frecuencia;

Teniendo plenamente en cuenta la viabilidad del diseño de la División de energía, los equipos de energía múltiple deben colocarse a través de los límites de la División de energía para reducir efectivamente el impacto de la División plana en el emi;

Instalación de cables eléctricos:

- control de impedancias: las líneas de señalización de alta velocidad mostrarán las características de las líneas de transmisión y requerirán un control de impedancias para evitar reflejos, excesos y resonancias de señales y reducir la radiación emi.

Para comprender la dirección de flujo de cada señal de clave, la ruta de la señal de clave debe estar cerca de la ruta de retorno para garantizar que su área de bucle sea mínima.

Para señales de baja frecuencia, la corriente fluye a través de la ruta con la menor resistencia; Para las señales de alta frecuencia, la corriente de alta frecuencia fluye a través de la ruta con la menor inducción, no la ruta con la menor resistencia (véase la figura 1). Para la radiación de modo diferencial, la intensidad de la radiación EMI (e) es proporcional al cuadrado del área y la frecuencia de la corriente y el anillo de corriente. (i es la corriente, a es el área del bucle, F es la frecuencia, R es la distancia al Centro del bucle, k es la constante).

Por lo tanto, cuando la ruta mínima de retorno de la inducción está justo debajo de la línea de señal, se puede reducir el área del Circuito de corriente, reduciendo así la energía de radiación emi.

La señal de tecla aઠno debe pasar por el área de sección.

. para garantizar que las líneas de banda, las líneas de MICROSTRIP y sus planos de referencia cumplan con los requisitos.

Los cables de los condensadores de desacoplamiento deben ser cortos y anchos.

. todos los rastros de señal deben mantenerse lo más alejados posible de los bordes de la placa de circuito.

Para las redes de conexión multipunto, elija la topología adecuada para reducir la reflexión de la señal y reducir la radiación emi.

Tecnología de control EMC / emi en el circuito de señal de diseño y cableado de PCB

Procesamiento de división del plano de alimentación:

División de la capa de alimentación

Cuando hay una o más subestaciones en el plano de la fuente de alimentación principal, asegúrese de la continuidad y el ancho suficiente de la lámina de cobre en cada área de la fuente de alimentación. La línea divisoria no necesita ser demasiado ancha, por lo general, el ancho de línea de 20 - 50 mil es suficiente para reducir la radiación de brecha.

División de la capa de suelo

El plano del suelo debe mantenerse intacto para evitar la división. Si es necesario separarse, es necesario distinguir entre puesta a tierra digital, puesta a tierra analógica y puesta a tierra acústica, y conectarse a la puesta a tierra externa a través de un punto a tierra público en la salida.

Para reducir la radiación marginal de la fuente de alimentación, el plano de alimentación / puesta a tierra debe seguir el principio de diseño de 20h, es decir, el tamaño del plano de puesta a tierra es 20h mayor que el tamaño del plano de la fuente de alimentación (véase la figura 2), lo que puede reducir la intensidad de la radiación del campo marginal en un 70%.

Para reducir la radiación marginal de la fuente de alimentación, el plano de alimentación / puesta a tierra debe seguir el principio de diseño 20h, es decir, el tamaño del plano de puesta a tierra es 20h mayor que el tamaño del plano de alimentación, lo que puede reducir la intensidad de la radiación del campo marginal en un 70%.

3. otros métodos de control del EMI

Diseño del sistema eléctrico:

Se utiliza un filtro para controlar la interferencia conducida.

Desacoplamiento de la fuente de alimentación. En el diseño del emi, proporcionar un capacitor de desacoplamiento razonable puede hacer que el chip funcione de manera confiable, reducir el ruido de alta frecuencia en la fuente de alimentación y reducir el emi. Debido a la influencia de la inducción del cable y otros parámetros parasitarios, la velocidad de respuesta de la fuente de alimentación y su cable de alimentación es más lenta, lo que hace que la corriente instantánea necesaria por el conductor en el circuito de alta velocidad sea insuficiente. Diseñar razonablemente los condensadores distribuidos de los condensadores de derivación o desacoplamiento y las capas de energía para que el efecto de almacenamiento de energía de los condensadores pueda proporcionar corriente eléctrica rápidamente al equipo antes de la respuesta de energía. El desacoplamiento capacitivo correcto puede proporcionar una ruta de potencia de baja resistencia, que es la clave para reducir el EMI de modo común.

Puesta a tierra:

El diseño de la tierra es la clave para reducir el EMI de toda la placa de circuito.

Se determina la puesta a tierra de un solo punto, la puesta a tierra multipunto o la puesta a tierra mixta.

¿ si no hay una capa de tierra en el diseño de la placa de doble cara, es importante diseñar razonablemente la cuadrícula de tierra y asegurarse de que el ancho de la tierra > el ancho de la línea de alimentación > el ancho de la línea de señal. También se puede utilizar el método de colocación de grandes áreas, pero es necesario prestar atención a la continuidad de grandes áreas en el mismo piso.

Para el diseño de placas multicapa, asegúrese de que hay formación de puesta a tierra para reducir la resistencia pública a la puesta a tierra.

Análisis y pruebas emi:

· análisis de simulación

Después de completar el cableado de pcb, se puede utilizar el software de simulación EMI y el sistema de expertos para realizar análisis de simulación y simular el entorno EMC / emi para evaluar si el producto cumple con los requisitos de las normas de compatibilidad electromagnética pertinentes.