PCB Tecnico - Le migliori linee guida di progettazione PCB per ridurre EMI

Tutti i circuiti elettronici sono progettati per consentire o addirittura migliorare il flusso di elettroni per raggiungere determinati obiettivi prestazionali. Questa azione, la corrente che passa attraverso un percorso chiuso, produce un campo magnetico proiettato verso l'esterno e scorre perpendicolarmente alla corrente. Quando ci sono componenti elettronici nelle vicinanze o percorsi di segnale nel campo, si verifica un'interferenza elettromagnetica (EMI). Per molti progetti PCBA, in particolare per i circuiti ad alta velocità, controllare la quantità di EMI è la considerazione primaria che deve essere gestita adeguatamente. Per i circuiti stampati con componenti di classificazione del dissipatore di calore, il metodo comune è quello di implementare la progettazione del filtro EMI. Anche se i filtri sono efficaci, come progettista di circuiti stampati, conoscere altre linee guida di progettazione PCB per ridurre EMI è che potresti dover spesso utilizzare Strumenti utilizzati.

EMC ed EMI: Qual è la differenza?

La maggior parte dei PCBA non sono l'unica apparecchiatura elettronica o elettrica nel prodotto. Pertanto, prima di approfondire i problemi dell'IME a bordo unico, è utile avere una comprensione macro o a livello di sistema dei problemi dell'IME. Proprio come l'energia elettromagnetica viene emessa da un singolo componente, conduttore o traccia, si irradia nell'ambiente anche dal circuito stesso; Se non l'hai avuto prima, posiziona il misuratore Gauss vicino al PCB e otterrai una lettura. Quando più schede sono vicine tra loro, diventa importante raggiungere la compatibilità elettromagnetica o EMC.

L'EMC può essere considerato come un'armonia accettabile o un equilibrio tra componenti elettromagnetici in modo che la quantità di interferenza sia minima o almeno sufficientemente bassa da non ostacolare significativamente il normale funzionamento. Purtroppo non è ancora possibile eliminare tutti gli IME; Tuttavia, ottenere EMC è. EMI è in realtà qualsiasi interferenza da fonti elettromagnetiche, di solito si riferisce all'interferenza su un singolo PCBA. Questa classificazione è sufficiente per indagare il problema, perché minimizzare l'EMI su e da circuito stampato contribuisce all'EMC dell'ambiente operativo del circuito stampato.

Da dove viene PCB EMI?

L'elettromagnetismo copre una gamma di frequenze infinita ed è quasi ovunque. Inoltre, come mostrato nella figura sottostante, è prodotto da molti strumenti, attrezzature e prodotti che utilizziamo ogni giorno.

Spettro elettromagnetico

Finché c'è corrente, c'è la possibilità di IME. Per il PCBA, la fonte dell'IME può essere suddivisa in una delle seguenti categorie:

Elemento

Componenti e componenti elettronici, in particolare dispositivi ad alta potenza come processori, FPGA, amplificatori, trasmettitori e antenne, possono avere un impatto significativo sull'EMI. Inoltre, i componenti dell'interruttore possono produrre interferenze distruttive.

Segnale e traccia

EMI può anche essere generato lungo tracce o nei punti pin e connettore. Ad esempio, il routing differenziale sbilanciato delle coppie può causare attenuazione del segnale e riflessi lungo il percorso di trasmissione, che possono influenzare gravemente l'integrità del segnale o la capacità di identificare accuratamente i segnali, portando a comportamenti errati del circuito. Inoltre, a causa della capacità vaga, si può formare un accoppiamento indesiderato tra il percorso del segnale e il piano di terra.

Fonte esterna

Se il circuito stampato è troppo vicino alla sorgente di radiazione (forse un altro circuito o componente), EMI può essere introdotto nel vostro PCBA. Anche le vibrazioni o il movimento di altre apparecchiature o apparecchiature nell'ambiente del circuito stampato possono produrre armoniche.

Ovviamente eliminare tutte le fonti potenziali dell'IME è un compito difficile. Fortunatamente, le linee guida di progettazione PCB per ridurre l'EMI possono essere sviluppate per contribuire a ridurre al minimo il rumore e raggiungere l'EMC.

Le migliori linee guida di progettazione PCB per ridurre EMI

Comprendere le fonti di EMI che possono influire sulla scheda è fondamentale per sviluppare strategie per mitigare questa minaccia persistente alle prestazioni PCBA. Inoltre, guardando EMI dal punto di vista della fonte, dove il metodo di minimizzazione è rivolto a una fonte specifica, può essere una buona posizione per progettare una serie di linee guida di progettazione PCB per ridurre EMI.

Ridurre l'IME componente

Come accennato in precedenza, i componenti possono essere la principale fonte di radiazione EM, che non solo influenzerà il funzionamento a bordo, ma anche danneggiare il PCBA esterno e i circuiti elettronici. Pertanto, definire azioni per mitigare i suoi effetti negativi (elencati di seguito) è essenziale per buoni orientamenti sulla riduzione dell'IME.

Come ridurre l'IME dei componenti

Scegli il più possibile componenti a bassa potenza

Uno dei più grandi generatori EMI su un circuito stampato è un componente che richiede molta energia. Con la spinta a ridurre il consumo energetico, spesso si possono trovare alternative che non sacrificano funzionalità o qualità.

Isolare diversi tipi di componenti

Una buona pratica progettuale è quella di mettere sempre insieme componenti che gestiscano lo stesso tipo di segnale. Ad esempio, i componenti digitali dovrebbero essere vicini ad altri componenti digitali e isolati dalle apparecchiature analogiche.

Uso di recinzione PCB

Un altro strumento per ridurre l'IME è quello di racchiudere componenti o sottocircuiti in recinzioni; come anelli di protezione PCB e gabbie Faraday. Questi possono anche ridurre efficacemente le radiazioni all'ambiente intorno al circuito stampato.

Adottare la tecnologia di dissipazione del calore

Per i componenti elettronici, l'energia genera calore. Pertanto, dissipatori di calore efficienti e fori passanti possono contribuire notevolmente a ridurre l'EMI.

Oltre a ridurre l'EMI dei componenti, il modo in cui le tracce funzionano influenzerà notevolmente anche l'EMI del circuito stampato.

Progettazione del layout PCB per ridurre al minimo l'EMI

Una delle considerazioni più importanti quando si stabilisce un circuito stampato è il passo. Ciò include la garanzia che gli spazi e le distanze di strisciamento tra i componenti conduttivi siano adeguati.

Mantenere un'autorizzazione sufficiente è essenziale per ridurre al minimo l'IME

Come ridurre l'IME da segnali e aerei

Lasciare spazio sufficiente tra le tracce del segnale

Il fattore più importante per ridurre l'IME tra le tracce è la distanza o lo spazio. Segui le raccomandazioni del tuo CM€*, che dovrebbero essere basate sugli standard IPC.

Assicurarsi che i condensatori di disaccoppiamento e bypass siano messi a terra

La capacità del randagio è difficile da evitare; Tuttavia, il suo effetto può essere mitigato posizionando il condensatore il più vicino possibile al perno a terra.

Usa un buon filtro EMI

La maggior parte dei progetti, specialmente quando vengono utilizzati segnali digitali, includono dispositivi di commutazione che producono distorsione del segnale. In questi casi, il modo migliore per migliorare la fedeltà del segnale è il filtraggio.

Minimizza la lunghezza del percorso di ritorno

L'anello di terra dovrebbe essere il più breve possibile.

Assicurarsi che le tracce differenziali siano le stesse

Per i percorsi differenziali del segnale, le coppie di tracce devono rispecchiarsi a vicenda. Ciò include la lunghezza della traccia, il peso del rame e la spaziatura costante. Se necessario, devono essere utilizzati zig zag per mantenere la lunghezza e la spaziatura.

Evitare angoli taglienti

Durante il cablaggio, utilizzare bordi arrotondati invece di angoli taglienti, che possono causare riflessi a causa della caratteristica modifica dell'impedenza.

Non posizionare strati conduttivi uno accanto all'altro

Non dovresti mai posizionare due strati conduttivi fianco a fianco in uno stack PCB. È meglio separarli dal piano di terra.

Separare attentamente il piano di terra

È meglio utilizzare basi separate per diversi tipi di segnale. Tuttavia, se si utilizza un piano di terra diviso, assicurarsi di utilizzare un singolo punto per combinare il terreno.

Il layout PCB (compreso il suo stackup) è molto importante per promuovere una buona integrità del segnale e ridurre l'EMI. Tuttavia, se l'IME esterno non viene affrontato, qualsiasi serie di linee guida per la progettazione di PCB per ridurre l'IME è incompleta.

Evitare l'IME esterno

Minimizzare l'EMI esterno è molto importante per l'integrità del segnale e il funzionamento del circuito sul circuito stampato e l'EMC dell'ambiente di installazione PCBA. Le azioni che possono essere intraprese includono quanto segue.

Come ridurre l'IME da fonti esterne

Usa scudo

Generalmente, la schermatura viene applicata a componenti o sotto-circuiti specifici. Si differenziano dai recinti in quanto sono solitamente fatti di materiale isolante e posizionati sopra le parti o completamente li circondano.

Usa la shell

L'involucro è generalmente considerato un dispositivo di sicurezza. Tuttavia, l'involucro può anche proteggere efficacemente il circuito stampato da detriti e EMI da fonti esterne.

Tutte le linee guida di progettazione PCB discusse sopra per componenti, layout e fonti esterne possono ridurre efficacemente l'EMI sul circuito stampato e contribuire all'EMC dell'ambiente operativo del circuito stampato. Tuttavia, se questi sono necessari dipende dal design, dalla sua funzionalità e dagli obiettivi prestazionali. Pertanto, dovresti sforzarti di ottimizzare il tuo design per ridurre l'EMI, preferibilmente utilizzando strumenti di analisi (come PSpice di Cadence).