Conception électronique - Technologie de contrôle EMC / EMI dans la conception de cartes PCB

Avec l'amélioration de l'intégration des dispositifs de circuits intégrés, la miniaturisation progressive des dispositifs et l'augmentation de la vitesse des dispositifs, les problèmes d'EMI dans l'électronique deviennent plus graves. Du point de vue de la conception EMC / EMI des équipements système, le traitement correct des problèmes EMC / EMI pendant la phase de conception PCB de l'équipement est le moyen le plus efficace et le moins coûteux pour les équipements système de répondre aux normes de compatibilité électromagnétique. Cet article décrit l'application de la technologie de contrôle EMC / EMI à la conception de circuits numériques PCB.

1. EMI production et principe d'inhibition

La génération d'EMI est causée par la transmission d'énergie par une source d'interférence électromagnétique à un système sensible via un chemin de couplage. Il comprend trois formes de base: conduction par fil ou par une masse commune, rayonnement par l'espace ou couplage en champ proche. Les dangers de l'EMI se manifestent par une dégradation de la qualité des signaux transmis, des perturbations voire des dommages aux circuits ou aux équipements, rendant les équipements incapables de répondre aux exigences des indicateurs techniques définies par les normes de compatibilité électromagnétique.

Pour supprimer l'ime, la conception de l'IME des circuits numériques doit être effectuée conformément aux principes suivants:

Selon les spécifications techniques EMC / EMI pertinentes, l'indicateur est décomposé en circuits à carte unique pour le contrôle hiérarchique.

2. Technologie de contrôle EMC / EMI pour circuit numérique PCB

Les problèmes spécifiques doivent être analysés en détail lors du traitement des différentes formes d'IME. Dans la conception de circuits numériques PCB, EMI peut être contrôlé de plusieurs façons.

Choix de l'équipement:

Lors de la conception d'un EMI, nous devons d'abord tenir compte de la vitesse de l'appareil choisi. Dans n'importe quel circuit, si un dispositif avec un temps de montée de 5 NS est remplacé par un dispositif avec un temps de montée de 2,5 NS, l'EMI augmente d'environ 4 fois. L'intensité du rayonnement de l'EMI est proportionnelle au carré de la fréquence. La fréquence EMI la plus élevée (fknee) est également appelée bande passante EMI. Il est fonction du temps de montée du signal et non de la fréquence du signal: fknee = 0,35 / TR (où tr est le temps de montée du signal du dispositif)

La gamme de fréquences de l'EMI de ce rayonnement est de 30 MHz à plusieurs GHz. Dans cette bande de fréquences, les longueurs d'onde sont très courtes et même un câblage très court sur la carte peut devenir une antenne d'émission. Lorsque l'EMI est élevé, le circuit peut facilement perdre son fonctionnement normal. Par conséquent, dans le choix du dispositif, sous réserve de garantir les exigences de performance du circuit, il convient d'utiliser des puces à faible vitesse autant que possible et d'utiliser des circuits d'entraînement / réception appropriés.

Design empilable:

Augmenter le nombre de couches de mise à la terre et rapprocher la couche de signal de la couche de mise à la terre peut réduire le rayonnement EMI, à condition que le coût le permette. Pour les PCB haute vitesse, le plan d'alimentation et le plan de masse sont étroitement couplés, ce qui permet de réduire l'impédance d'alimentation et donc l'EMI.

Disposition:

Selon le courant du signal, une disposition raisonnable peut réduire les interférences entre les signaux. Une disposition rationnelle est la clé pour contrôler les interférences électromagnétiques. Les principes de base de la mise en page sont:

Les lignes d'horloge sont la principale source d'interférences et de rayonnement. L'éloigner du circuit sensible pour que la trajectoire d'horloge soit la plus courte;

Les connecteurs doivent être disposés le plus possible d'un côté de la carte et à l'écart des circuits haute fréquence;

En tenant pleinement compte de la faisabilité de la disposition de la partition d'alimentation, l'équipement Multi - alimentation doit être placé à travers les limites de la partition d'alimentation, réduisant efficacement l'impact de la partition plane sur l'EMI;

Chargement des fils:

Contrôle d'impédance: la ligne de signal à grande vitesse affichera les caractéristiques de la ligne de transmission et nécessitera un contrôle d'impédance pour éviter la réflexion du signal, les dépassements et les sonneries, ainsi que pour réduire le rayonnement EMI.

Pour comprendre le sens de circulation de chaque signal de frappe, le routage du signal de frappe doit être proche de la voie de retour pour s'assurer que sa zone de boucle est minimale.

Pour les signaux basse fréquence, faire circuler un courant dans le chemin où la résistance est minimale; Pour les signaux à haute fréquence, faire circuler un courant à haute fréquence par le chemin où l'inductance est minimale, et non par le chemin où la résistance est minimale (voir figure 1). Pour le rayonnement en mode différentiel, l'intensité du rayonnement EMI (e) est proportionnelle au carré du courant, de l'aire de la boucle de courant et de la fréquence. (I est le courant, a est la surface de la boucle, F est la fréquence, R est la distance au centre de la boucle et K est une constante.)

Ainsi, lorsque le chemin de retour inductif minimum est juste en dessous de la ligne de signal, il est possible de réduire la surface de la boucle de courant et donc l'énergie rayonnée EMI.

Le signal de frappe ne doit pas traverser la zone segmentée.

. pour s'assurer que les lignes de ruban, les lignes de microruban et leurs plans de référence sont conformes aux exigences.

Les conducteurs du condensateur de découplage doivent être courts et larges.

. toutes les traces de signal doivent être aussi éloignées que possible des bords de la plaque.

Pour les réseaux de connexion multipoint, choisissez la topologie appropriée pour réduire la réflexion du signal et le rayonnement EMI.

Application de la technologie de contrôle EMC / EMI à la conception de boucles de signaux de câblage PCB

Traitement fractionné du plan d'alimentation:

Division de la couche d'alimentation

Lorsqu'il y a une ou plusieurs sous - Alimentations sur le plan d'alimentation principal, assurer la continuité de chaque zone d'alimentation et une largeur de feuille de cuivre suffisante. La ligne de démarcation n'a pas besoin d'être trop large, une largeur de ligne générale de 20 à 50 mil est suffisante pour réduire le rayonnement interstitiel.

Division du niveau du sol

Le plan du sol doit rester intact pour éviter la fragmentation. Si elles doivent être séparées, il est nécessaire de faire la distinction entre la mise à la terre numérique, la mise à la terre analogique et la mise à la terre bruyante et d'être reliées à la terre extérieure par un point de mise à la terre commun à la sortie.

Pour réduire le rayonnement marginal de l'alimentation, le plan d'alimentation / de masse doit suivre le principe de conception de 20h, c'est - à - dire que les dimensions du plan de masse sont supérieures de 20h à celles du plan d'alimentation (voir figure 2), ce qui permet de réduire l'intensité du rayonnement du Champ marginal de 70%.

Pour réduire le rayonnement marginal de l'alimentation, le plan d'alimentation / de masse doit suivre le principe de conception de 20h, c'est - à - dire que les dimensions du plan de masse sont supérieures de 20h à celles du plan d'alimentation, ce qui permet de réduire l'intensité du rayonnement du champ marginal de 70%.

3. Autres méthodes de contrôle de l'ime

Conception du système électrique:

Utilisez des filtres pour contrôler les interférences de conduction.

Découplage de puissance. Dans la conception EMI, fournir un condensateur de découplage raisonnable peut faire fonctionner la puce de manière fiable, réduire le bruit à haute fréquence dans l'alimentation et réduire l'EMI. La vitesse de réponse de l'alimentation et de ses fils d'alimentation est plus lente en raison de l'influence de paramètres parasites tels que l'inductance des fils, ce qui rend le courant instantané nécessaire au conducteur dans un circuit à grande vitesse insuffisant. Une conception rationnelle des condensateurs de dérivation ou de découplage et des condensateurs distribués de la couche d'alimentation permet à l'effet de stockage d'énergie des condensateurs de fournir rapidement du courant à l'appareil avant que l'alimentation ne réponde. Un découplage capacitif correct peut fournir un chemin d'alimentation à faible impédance, ce qui est essentiel pour réduire le mode commun EMI.

Mise à la terre:

La conception de mise à la terre est la clé pour réduire l'EMI de la carte complète.

Déterminez que la mise à la terre à un point, la mise à la terre multipoint ou la mise à la terre hybride est adoptée.

⢠s'il n'y a pas de couche de sol dans une conception à double panneau, il est important de concevoir la grille de sol de manière rationnelle et de s'assurer que la largeur de la ligne de sol > la largeur de la ligne d'alimentation > la largeur de la ligne de signal. Il est également possible d'utiliser des méthodes de pose de grandes surfaces, mais il est nécessaire de prêter attention à la continuité de grandes surfaces sur le même étage.

Pour les conceptions de panneaux multicouches, assurez - vous qu'il y a une couche de mise à la terre pour réduire l'impédance de mise à la terre commune.

Analyse et test EMI:

· analyse par simulation

Une fois le câblage du circuit imprimé terminé, une analyse de simulation peut être effectuée à l'aide du logiciel de simulation em I et d'un système expert simulant l'environnement EMC / EMI pour évaluer la conformité du produit aux exigences des normes de compatibilité électromagnétique pertinentes.