Technologie PCB - Le meilleur guide de conception de PCB pour réduire EMI

Toutes les cartes électroniques sont conçues pour permettre, voire améliorer, le flux d'électrons pour atteindre certains objectifs de performance. Le champ magnétique généré par le courant à travers le chemin fermé est projeté vers l'extérieur et circule perpendiculairement au courant. Des interférences électromagnétiques (EMI) se produisent lorsqu'il y a des composants électroniques ou des voies de signal à proximité du site. Pour de nombreuses conceptions de PCBA, en particulier les cartes à haute vitesse, le contrôle du nombre d'EMI est une considération majeure qui doit être gérée de manière adéquate. Pour les cartes de circuits imprimés avec des éléments de classification de radiateur, la méthode courante consiste à implémenter une conception de filtre EMI. Bien que les filtres soient efficaces, en tant que concepteur de carte, la compréhension d'autres directives de conception de PCB qui réduisent l'EMI peut nécessiter l'utilisation fréquente d'outils.

EMC et EMI: Quelle est la différence?

La plupart des PCBA ne sont pas les seuls appareils électroniques ou électriques dans le produit. Il est donc utile d'avoir une compréhension macroscopique ou systémique du problème EMI avant de nous plonger dans le problème EMI du placage. Tout comme l'énergie électromagnétique est émise à partir d'un seul composant, conducteur ou trace, elle rayonne dans l'environnement à partir de la carte elle - même; Si vous ne l'avez pas déjà fait, placez le gaussmètre près du PCB et vous obtiendrez une lecture. La compatibilité électromagnétique ou CEM devient importante lorsque plusieurs plaques sont rapprochées.

La CEM peut être considérée comme la réalisation d'une harmonie ou d'un équilibre acceptable entre les composants électromagnétiques, de sorte que la quantité de perturbations soit minimale ou au moins suffisamment faible pour ne pas entraver de manière significative le fonctionnement normal. Malheureusement, il n'est pas encore possible d'éliminer tous les IME; Cependant, l'obtention d'une CEM est, en fait, toute interférence provenant d'une source électromagnétique, généralement une interférence avec un seul PCBA. Cette classification est suffisante pour étudier ce problème, car la minimisation de l'EMI sur et à partir de la carte contribue à la CEM de l'environnement de fonctionnement de la carte.

D'où vient PCB EMI?

L'électromagnétisme couvre une gamme infinie de fréquences et est presque partout. En outre, comme le montre l'image ci - dessous, il est fabriqué à partir de nombreux outils, équipements et produits que nous utilisons quotidiennement.

Spectre électromagnétique

Tant qu'il y a du courant électrique, il y a un risque de perturbations électromagnétiques. Pour le PCBA, les sources d'EMI peuvent être classées dans l'une des catégories suivantes:

Éléments

Les composants électroniques, en particulier les dispositifs de haute puissance tels que les processeurs, les FPGA, les amplificateurs, les émetteurs et les antennes, peuvent avoir un impact significatif sur l'IME. De plus, les éléments de commutation créent des perturbations destructrices.

Signalisation et suivi

EMI peut également être produit le long des traces ou au niveau des broches et des points de connexion. Par exemple, un routage de paire différentielle déséquilibré peut entraîner une atténuation et une réflexion du signal le long du chemin de transmission, ce qui peut affecter gravement l'intégrité du signal ou la capacité à identifier avec précision le signal, ce qui peut entraîner un comportement incorrect du circuit. En outre, il peut se former un couplage indésirable entre le trajet du signal et le plan de masse en raison de capacités parasites.

Sources externes

Si la carte est trop proche de la source de rayonnement (peut - être une autre carte ou un composant), EMI peut être introduit dans le PCBA. Les vibrations ou les mouvements d'autres appareils ou dispositifs dans l'environnement de la carte peuvent également produire des harmoniques.

De toute évidence, l'élimination de toutes les sources potentielles d'EMI est une tâche ardue. Heureusement, des directives de conception de PCB pour réduire l'EMI peuvent être élaborées pour aider à minimiser le bruit et à atteindre la CEM.

Le meilleur guide de conception de PCB pour réduire EMI

Comprendre les sources d'EMI qui peuvent affecter votre Conseil d'administration est essentiel pour élaborer des stratégies visant à atténuer les menaces persistantes pour les performances de votre PCBA. De plus, du point de vue de la source, la conception d'un ensemble de directives de conception de PCB pour réduire l'EMI peut être un bon endroit dans les cas où l'approche de minimisation cible une source spécifique.

Réduire le composant EMI

Comme mentionné précédemment, les composants peuvent être la principale source de rayonnement électromagnétique, ce qui affecte non seulement le fonctionnement à bord, mais endommage également le PCBA externe et les circuits électroniques. Par conséquent, l'identification des mesures visant à atténuer leurs effets négatifs (énumérées ci - dessous) est essentielle pour de bonnes lignes directrices en matière de réduction de l'IME.

Comment réduire les interférences électromagnétiques des éléments

Choisissez des composants à faible consommation autant que possible

L'un des plus grands générateurs EMI sur une carte est un composant qui nécessite beaucoup de puissance. Avec les efforts pour réduire la consommation d'énergie, il est souvent possible de trouver des alternatives qui ne sacrifient pas la fonctionnalité ou la qualité.

Isoler différents types de composants

Une bonne pratique de conception consiste à toujours assembler les composants qui traitent le même type de signal. Par exemple, les composants numériques doivent être proches des autres composants numériques et isolés des dispositifs analogiques.

Utiliser une clôture PCB

Un autre outil pour réduire l'EMI est l'encapsulation de composants ou de sous - circuits dans une clôture; Par exemple, les anneaux de protection PCB et les cages de Faraday. Ceux - ci peuvent également réduire efficacement le rayonnement sur l'environnement autour de la carte.

Avec technologie de dissipation thermique

Pour les composants électroniques, l'énergie produit de la chaleur. Par conséquent, des radiateurs et des Vias efficaces peuvent grandement aider à réduire l'EMI.

En plus de réduire l'EMI d'un composant, la façon dont les traces fonctionnent peut également affecter considérablement l'EMI de la carte.

Conception de mise en page PCB minimisant EMI

L'une des considérations les plus importantes lors de la disposition d'une carte est l'espacement. Cela consiste à s'assurer que l'écart et la distance de montée entre les composants conducteurs sont suffisants.

Le maintien d'un espace suffisant est essentiel pour minimiser l'EMI

Comment réduire EMI à partir de signaux et de plans

Laisser suffisamment d'espace entre les traces de signal

Le facteur le plus important pour réduire l'EMI entre les traces est l'espacement ou l'écart. Suivez vos recommandations cmâs, qui doivent être basées sur les normes IPC.

Assurez - vous que le condensateur de découplage et le condensateur de dérivation sont à la masse

Les capacités parasites sont difficiles à éviter; Cependant, il est possible d'atténuer les effets du condensateur en le mettant à la masse le plus près possible de la broche.

Utiliser un bon filtrage EMI

La plupart des conceptions, en particulier dans le cas de l'utilisation de signaux numériques, comprennent des dispositifs de commutation qui créent une distorsion du signal. Dans ces cas, le meilleur moyen d'améliorer la fidélité du signal est le filtrage.

Minimiser la longueur du chemin de retour

La boucle de mise à la terre doit être aussi courte que possible.

Assurez - vous que les traces de différence sont identiques

Pour les chemins de signaux différentiels, les paires de traces doivent se refléter mutuellement. Cela inclut la longueur des traces, le poids du cuivre et l'espacement constant. Si nécessaire, les Zigzags doivent être utilisés pour maintenir la longueur et l'espacement.

Évitez les angles aigus

Lors du câblage, utilisez des coins arrondis plutôt que des coins pointus, ce qui peut provoquer des réflexions en raison d'un changement d'impédance caractéristique.

Ne pas placer les couches conductrices côte à côte

Vous ne devriez pas placer deux couches conductrices côte à côte dans votre empilement de PCB. Il est préférable de les séparer avec un plan de sol.

Séparer soigneusement le plan de masse

Pour différents types de signaux, il est préférable d'utiliser une mise à la terre séparée. Toutefois, si vous utilisez un plan de sol divisé, assurez - vous d'utiliser un seul point pour combiner le sol.

La disposition du PCB (y compris son empilement) est importante pour promouvoir une bonne intégrité du signal et réduire l'EMI. Cependant, aucun ensemble de directives de conception de PCB pour réduire l'Emi n'est complet sans résoudre le problème de l'EMI externe.

Eviter les EMI externes

La minimisation de l'EMI externe est importante pour l'intégrité du signal et le fonctionnement du circuit sur la carte et pour la CEM dans l'environnement d'installation PCBA. Les mesures qui peuvent être prises comprennent ce qui suit.

Comment réduire EMI à partir de sources externes

Utiliser un bouclier

Généralement, le blindage est appliqué à un composant ou sous - circuit particulier. Ils diffèrent des clôtures en ce qu'ils sont généralement fabriqués à partir d'un matériau isolant et placés sur le dessus du composant ou l'entourent complètement.

Utiliser le shell

Le boîtier est généralement considéré comme un dispositif de sécurité. Cependant, le boîtier peut également protéger efficacement la carte des débris et des EMI provenant de sources externes.

Tous les guides de conception de PCB discutés ci - dessus sur les composants, la mise en page et les sources externes peuvent être efficaces pour minimiser l'EMI sur la carte et contribuer à la CEM de l'environnement d'exploitation de la carte. Cependant, si elles sont nécessaires ou non dépend de vos objectifs de conception, de fonctionnalité et de performance. Par conséquent, vous devriez essayer d'optimiser la conception pour réduire l'EMI, de préférence avec un outil d'analyse (comme Pspice de cadence).