Dati PCB - Tecnologia di controllo EMI nella progettazione di circuiti digitali PCB

1. Principio di generazione e soppressione EMIEMI nella progettazione dei circuiti stampati è causato da fonti di interferenza elettromagnetica che trasferiscono energia a sistemi sensibili attraverso percorsi di accoppiamento. Comprende tre forme di base: conduzione attraverso filo o terreno comune, radiazione attraverso lo spazio, o accoppiamento attraverso il vicino campo. Il danno dell'EMI si manifesta riducendo la qualità del segnale di trasmissione, causando interferenze o addirittura danni al circuito o all'apparecchiatura, in modo che l'apparecchiatura non possa soddisfare i requisiti dell'indice tecnico specificati nella norma di compatibilità elettromagnetica. Al fine di sopprimere l'IME, la progettazione EMI dei circuiti digitali dovrebbe essere effettuata secondo i seguenti principi:1.1 Secondo le specifiche tecniche EMC/EMI pertinenti, gli indicatori sono scomposti in circuiti a scheda singola per il controllo gerarchico.1.2 Controllo dai tre elementi dell'EMI, vale a dire la fonte di interferenza, il percorso di accoppiamento dell'energia e il sistema sensibile, In modo che il circuito abbia una risposta in frequenza piatta e assicuri il funzionamento normale e stabile del circuito.1.3 Iniziare con la progettazione front-end dell'apparecchiatura, prestare attenzione alla progettazione EMC / EMI e ridurre i costi di progettazione.

2. tecnologia di controllo EMI della scheda PCB del circuito digitaleQuando si tratta di varie forme di EMI, problemi specifici devono essere analizzati. Nella progettazione della scheda PCB dei circuiti digitali, il controllo EMI può essere effettuato dai seguenti aspetti.2.1 Selezione dispositivoNella progettazione EMI, la prima cosa da considerare è la velocità del dispositivo selezionato. Qualsiasi circuito che sostituisce un dispositivo con un tempo di salita di 5ns con un dispositivo con un tempo di salita di 2,5ns aumenterà EMI di un fattore di circa 4. L'intensità irradiata dell'EMI è proporzionale al quadrato della frequenza, noto anche come banda di emissione EMI, che è una funzione del tempo di aumento del segnale piuttosto che della frequenza del segnale: fknee =0.35/Tr (dove Tr è il tempo di aumento del segnale del dispositivo). La gamma di frequenza di questo tipo di EMI irradiato è da 30 MHz a diversi GHz, e in questa banda di frequenza, le lunghezze d'onda sono così brevi che anche un cablaggio molto corto sul circuito stampato può diventare un'antenna trasmittente. Quando EMI è alto, il circuito è incline a perdere la normale funzione. Pertanto, in termini di selezione del dispositivo, sulla premessa di garantire i requisiti di prestazione del circuito, i chip a bassa velocità dovrebbero essere utilizzati il più possibile e dovrebbero essere utilizzati circuiti di guida/ricezione appropriati. Inoltre, poiché i perni di piombo del dispositivo hanno induttanza parassitaria e capacità parassitaria, nel design ad alta velocità, l'influenza della forma di imballaggio del dispositivo sul segnale non può essere ignorata, perché è anche un fattore importante per generare radiazioni EMI. In generale, i parametri parassitari dei dispositivi SMD sono più piccoli di quelli dei dispositivi plug-in e i parametri parassitari dei pacchetti BGA sono più piccoli di quelli dei pacchetti QFP.2.2 Selezione del connettore e definizione del terminale di segnale Connector è il collegamento chiave della trasmissione del segnale ad alta velocità ed è anche l'anello debole che è incline all'EMI. Nella progettazione del terminale del connettore, più perni di terra possono essere disposti per ridurre la distanza tra il segnale e la terra, ridurre l'area effettiva del ciclo del segnale che genera radiazioni nel connettore e fornire un percorso di ritorno a bassa impedenza. Se necessario, considerare l'isolamento di alcuni segnali chiave con perni di terra.2.3 Design laminato Se il costo lo consente, aumentare il numero di strati di terra e posizionare lo strato di segnale accanto allo strato del piano terra può ridurre la radiazione EMI. Per le schede PCB ad alta velocità, i piani di potenza e terra sono accoppiati in prossimità immediata per ridurre l'impedenza dell'alimentazione elettrica, riducendo così EMI.2.4 LayoutSecondo il flusso di corrente del segnale, un layout ragionevole può ridurre l'interferenza tra i segnali. Un layout adeguato è la chiave per controllare l'IME. I principi di base del layout sono:(1) Il segnale analogico è facilmente interferito dal segnale digitale e il circuito analogico dovrebbe essere separato dal circuito digitale; (2) la linea dell'orologio è la fonte principale di interferenza e radiazione, in modo da tenerlo lontano dai circuiti sensibili e mantenere la linea dell'orologio breve; (3) i circuiti con alta corrente e alto consumo energetico dovrebbero essere evitati per quanto possibile nell'area centrale del bordo e l'influenza della dissipazione del calore e della radiazione dovrebbe essere presa in considerazione allo stesso tempo; (4) i connettori dovrebbero essere disposti su un lato della scheda per quanto possibile e lontano dai circuiti ad alta frequenza; (5) il circuito di ingresso/uscita è vicino al connettore corrispondente e il condensatore di disaccoppiamento è vicino al pin di alimentazione corrispondente; (6) considerare pienamente la fattibilità del layout per la divisione dell'energia e i dispositivi multi-potenza dovrebbero essere posizionati oltre il confine dell'area di divisione dell'energia per ridurre efficacemente l'impatto della divisione del piano sull'IME; (7) Il piano di riflusso (percorso) non è diviso.2.5 Cablaggio (1) Controllo dell'impedenza: Le linee di segnale ad alta velocità mostreranno le caratteristiche delle linee di trasmissione e il controllo dell'impedenza è richiesto per evitare la riflessione del segnale, il superamento e l'anello e ridurre la radiazione EMI. (2) Classificare i segnali, secondo l'intensità di radiazione EMI e la sensibilità dei segnali differenti (segnale analogico, segnale di clock, segnale I/O, bus, alimentazione elettrica, ecc.), separare la sorgente di interferenza dal sistema sensibile il più possibile per ridurre l'accoppiamento. (3) controllare rigorosamente la lunghezza della traccia, il numero di vias, le divisioni trasversali, le terminazioni, gli strati di cablaggio, i percorsi di ritorno, ecc. dei segnali dell'orologio (specialmente i segnali dell'orologio ad alta velocità). (4) Il loop di segnale, cioè il loop formato dal segnale che scorre verso il segnale che scorre dentro, è la chiave per il controllo EMI nella progettazione PCB e deve essere controllato durante il cablaggio. Per comprendere la direzione di flusso di ogni segnale chiave, instradare il segnale chiave vicino al percorso di ritorno per garantire la sua area loop. Per i segnali a bassa frequenza, fare il flusso corrente attraverso il percorso della resistenza; per i segnali ad alta frequenza, fare il flusso di corrente ad alta frequenza attraverso il percorso dell'induttore, non il percorso della resistenza. Per la radiazione in modo differenziale, l'intensità di radiazione EMI (E) è proporzionale alla corrente, all'area del ciclo corrente e al quadrato della frequenza. (dove io è la corrente, A è l'area del ciclo, f è la frequenza, r è la distanza dal centro del ciclo e k è una costante.) Così quando il percorso di ritorno dell'induttore è appena sotto il conduttore del segnale, l'area del ciclo corrente può essere ridotta, riducendo così l'energia irradiata EMI. I segnali critici non devono attraversare l'area segmentata. Le tracce del segnale differenziale ad alta velocità dovrebbero essere il più strettamente possibile accoppiate. Assicurarsi che striplines, microstrip lines e i relativi piani di riferimento soddisfino i requisiti. I cavi dei condensatori di disaccoppiamento dovrebbero essere corti e larghi. Tutte le tracce di segnale devono essere tenute il più lontano possibile dal bordo della scheda. Per le reti di connessione multipunto, scegliere una topologia appropriata per ridurre i riflessi del segnale e ridurre le emissioni EMI.2.6 Elaborazione divisa del piano di alimentazione(1) Divisione del livello di alimentazione