Dati PCB - Tecnologia di controllo EMC/EMI nella progettazione di schede PCB

Questo articolo introduce la tecnologia di controllo EMI nella progettazione di schede PCB a circuito digitale. Con il miglioramento dell'integrazione dei dispositivi IC, la graduale miniaturizzazione delle apparecchiature e la crescente velocità dei dispositivi, il problema EMI nei prodotti elettronici è anche più grave. Dal punto di vista della progettazione delle apparecchiature di sistema EMC/EMI, affrontare i problemi EMC/EMI nella fase di progettazione delle schede PCB dell'apparecchiatura è un mezzo efficace ed economico per far sì che le apparecchiature di sistema soddisfino gli standard di compatibilità elettromagnetica.1. Principi di generazione e soppressione EMIEMI nasce 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 rischio di EMI consiste nel ridurre la qualità del segnale di trasmissione, causare interferenze o persino danni al circuito o all'apparecchiatura, in modo che l'apparecchiatura non possa soddisfare i requisiti relativi all'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: secondo le specifiche tecniche EMC/EMI pertinenti, gli indicatori sono scomposti in circuiti a scheda singola e controllati in fasi. Dai tre elementi di EMI, cioè la sorgente di interferenza, il percorso di accoppiamento di energia e il sistema sensibile, è controllato per rendere il circuito avere una risposta in frequenza piatta e garantire il funzionamento normale e stabile del circuito. Iniziare con il design front-end dell'apparecchiatura, prestare attenzione al design 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 5ns con un dispositivo con un tempo di salita 2,5ns aumenterà EMI di un fattore di circa 4. L'intensità irradiata di EMI è proporzionale al quadrato della frequenza, e la frequenza EMI (fknee) è anche chiamata larghezza di 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 su un circuito stampato può diventare un'antenna trasmittente. Quando l'EMI è alto, il circuito tende a perdere la sua 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, nella progettazione ad alta velocità, l'influenza della forma di imballaggio del dispositivo sul segnale non può essere ignorata, perché è anche un fattore importante per la radiazione EMI. Generalmente, 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 del 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 Progettazione laminataSotto la premessa del costo permettendo, aumentare il numero di strati di terra e posizionare lo strato di segnale accanto allo strato del piano di 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: i segnali analogici sono suscettibili a interferenze da segnali digitali e i circuiti analogici dovrebbero essere separati dai circuiti digitali; la linea dell'orologio è la principale fonte di interferenza e radiazione, quindi dovrebbe essere tenuta lontana dai circuiti sensibili e mantenere le tracce dell'orologio corte; Il circuito di dissipazione di potenza dovrebbe essere evitato per quanto possibile nell'area centrale della scheda e l'influenza della dissipazione di calore e della radiazione dovrebbe essere considerata allo stesso tempo; il connettore deve essere disposto su un lato della scheda, per quanto possibile, lontano dal circuito ad alta frequenza; il circuito di ingresso/uscita è vicino al connettore corrispondente e il condensatore di disaccoppiamento è vicino ai perni di alimentazione corrispondenti; considerare pienamente la fattibilità del layout per la divisione dell'energia, i dispositivi multi-potenza dovrebbero essere posizionati oltre il confine dell'area della divisione dell'energia per ridurre efficacemente l'impatto della divisione piana sull'IME; Il piano di ritorno (percorso) non è diviso.2.5 Cablaggio Controllo dell'impedenza: Le linee di segnale ad alta velocità mostrano le caratteristiche delle linee di trasmissione e il controllo dell'impedenza è necessario per evitare la riflessione del segnale, il superamento e l'squillo e ridurre la radiazione EMI. Classificare i segnali e separare la sorgente di interferenza dal sistema sensibile il più possibile in base all'intensità di radiazione EMI e alla sensibilità dei diversi segnali (segnale analogico, segnale di clock, segnale I/O, bus, alimentazione elettrica, ecc.) per ridurre l'accoppiamento. Controllare rigorosamente la lunghezza della traccia, il numero di vias, partizioni trasversali, terminazioni, strati di routing, percorsi di ritorno, ecc. dei segnali di clock (in particolare segnali di clock ad alta velocità). 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 della scheda 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 la 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.) Pertanto, quando il percorso di ritorno dell'induttore è appena sotto il filo 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.