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Questo articolo illustra i passaggi chiave della costruzione di un prototipo a bassa interferenza elettromagnetica (EMI) prima del test di conformità della camera anecoica a microonde, compresa la progettazione di circuiti a bassa radiazione e test di pre-compatibilità. I test di pre-compatibilità includono l'uso di software di simulazione di campo elettromagnetico 3D per simulare il modello di layout PCB e l'analisi EMI e quindi utilizzare l'analizzatore di spettro (SA) per eseguire la scansione elettromagnetica vicino campo del PCB prototipo. Infine, eseguire una prova a camera anecoica a microonde per verificare la progettazione.
Progettazione del circuito EMI più basso
Per garantire basse emissioni radiate (RE), è necessario applicare l'esperienza delle migliori pratiche nella progettazione di schemi di circuiti e layout PCB, tra cui l'aggiunta di perline in ferrite per circuiti di alimentazione, linee dati USB, Ethernet e altri segnali per filtrare EMI. Inoltre, il corretto posizionamento di un numero sufficiente di condensatori di disaccoppiamento sul ciclo di alimentazione può ridurre al minimo l'impedenza della rete di distribuzione dell'energia, riducendo così l'ampiezza dell'ondulazione di rumore generata dal carico digitale e riducendo il rischio di radiazioni. Allo stesso tempo, la progettazione della rete di compensazione del ciclo chiuso dell'alimentatore di commutazione è ottimizzata per ottenere un ciclo chiuso stabile, che può garantire che l'uscita di tensione sia controllabile e minimizzare l'ampiezza dell'ondulazione del rumore di commutazione. L'ampiezza ridotta dell'ondulazione del rumore può sopprimere significativamente il rischio EMI del prototipo.
Le tracce di PCB per segnali di bordo ad alta frequenza o rapido aumento/caduta dovrebbero riferirsi al ciclo continuo (ad esempio, fare riferimento al piano di terra) per ridurre il rischio di EMI. La traccia non può passare attraverso piani divisori e fori. Se il segnale deve essere trasmesso tra strati attraverso vias, almeno una via di terra deve essere posizionata accanto al segnale tramite come percorso di ritorno per la corrente del segnale dall'estremità ricevente all'estremità trasmittente. Se non esiste un percorso di ritorno adeguato, la corrente di ritorno può essere trasmessa arbitrariamente nel PCB e diventare una potenziale fonte EMI.
Un eccellente schema di messa a terra è anche un fattore chiave per ridurre al minimo l'EMI. Tutti i progetti PCB devono evitare loop di terra, perché i loop di terra formeranno un trasmettitore radiante quando passa la corrente del segnale di ritorno. Progettare il terreno come un ampio piano di riferimento può costruire un eccellente schema di messa a terra. I piani di terra dei diversi gruppi di circuiti (come i circuiti a radiofrequenza, analogici e digitali) dovrebbero essere separati fisicamente e i collegamenti dei circuiti dovrebbero essere stabiliti attraverso perline di ferrite per aiutare a prevenire la diffusione del rumore ad alta frequenza tra i gruppi di circuiti.
Dopo aver completato la progettazione del layout PCB, la simulazione dovrebbe essere eseguita per l'analisi EMI per garantire che il PCB abbia un basso rischio di emissione di radiazioni prima della produzione. Se i risultati della simulazione EMI soddisfano le specifiche tecniche, il progettista può iniziare la produzione di PCB e quindi utilizzare un analizzatore di spettro per eseguire la scansione elettromagnetica vicino al campo sul PCB prototipo. Test di pre-compatibilità come la simulazione EMI e la scansione elettromagnetica vicino al campo possono aumentare la fiducia del progettista che il prototipo ha EMI inferiore. Una volta completato il test di pre-compatibilità, il dispositivo in esame può eseguire il test di conformità EMI effettivo nella camera anecoica.
Simulazione Analisi EMI
Dopo aver completato la progettazione del layout PCB, importare il file di layout in EMPro 2013.07 per eseguire la simulazione 3D EMI. Il segnale differenziale è selezionato per la simulazione tridimensionale del campo elettromagnetico FEM (metodo a elementi finiti). La simulazione di campo elettromagnetico tridimensionale è il processo di impostazione delle condizioni di confine elettromagnetiche e di modello della dimensione della mesh e risoluzione delle equazioni di Maxwell. Per garantire l'accuratezza dei risultati della simulazione, la dimensione del contorno dovrebbe essere impostata su più di 8 volte lo spessore del PCB e la dimensione della griglia dovrebbe essere impostata su meno di 1/5 della larghezza del PCB. Il computer che esegue il campo elettromagnetico tridimensionale deve essere dotato di una memoria superiore a 16G e di una capacità di archiviazione superiore a 100G per garantire il regolare avanzamento dell'analisi.
Impostare un sensore di campo lontano per catturare il campo elettromagnetico emesso, e utilizzare il modello di simulazione EMI di EMPro per calcolare la potenza di emissione di campo lontano, quindi impostare una sonda di campo elettrico a una distanza di 10m per disegnare un grafico di risposta del dominio di frequenza. Quindi eseguire la simulazione tridimensionale del campo elettromagnetico del metodo a dominio temporale della differenza finita (FDTD) e confrontare con i risultati della simulazione della modalità FEM.
Fare riferimento al diagramma di simulazione dell'intensità del campo elettrico a 30MHzï½1GHz (Figura 1) (l'unità di intensità del campo elettrico è dBμV, l'unità di frequenza è GHz), il livello di potenza della radiazione (curva blu è simulazione del modo FEM, curva rossa è simulazione del modo FDTD) è inferiore a circa 45dBμV FCC soglia massima (linea tratteggiata verde).
Un picco di intensità massima di potenza (-66.4dBm) appare vicino a 400MHz. La bobina come il sensore di campo vicino si muove entro 3 pollici dal dispositivo in prova. La larghezza di banda di risoluzione dell'analizzatore di spettro 30kHz può raggiungere la misurazione a basso rumore (-80dBm), quindi i picchi (radiazione di diverse frequenze discrete) sono chiaramente visibili. Per aumentare la fiducia che il prototipo superi il test di conformità EMI a campo lontano (3m e 10m) della camera anecoica a microonde, la potenza di picco nella zona vicina dovrebbe essere inferiore a -65dBm. La linea rossa mostra il livello massimo di potenza irradiata di CISPR 11 Classe A: inferiore a 56dBμV nella gamma di frequenze da 30 MHz a 1 GHz. La curva marrone sotto la linea rossa rappresenta la fascia di protezione specificata nelle linee guida EMC di Keysight (precedentemente Agilent). Le componenti verticali e orizzontali dell'onda di radiazione sono rappresentate rispettivamente da curve blu e verdi. Due picchi di potenza di 38dBμV e 37dBμV appaiono alle frequenze 400MHz e 560MHz, ed entrambi sono al di sotto della soglia massima.
La progettazione di circuiti a bassa emissione EMI e i test di pre-compatibilità (come la simulazione tridimensionale EMI e la scansione elettromagnetica vicino campo) sono molto importanti. Possono evitare inutili ricondizionamenti PCB, risparmiare costi e tempo di sviluppo e ridurre i tempi di test di conformità EMI nelle camere anecoiche a microonde per garantire l'elettronica Il dispositivo viene immesso sul mercato in tempo o anche in anticipo.
Rivestimento superficiale PCB
A. Elettrolitico Ni/Au: Questo tipo di rivestimento è il più stabile, ma il prezzo è il più alto.
b. Il bordo d'argento di immersione (Immersiog AG) non è buono come il rivestimento placcato in oro ed è soggetto a elettromigrazione e perdite.
c. placca elettroless nichel/oro (ElectrolessNickel? ImmersionAu, ENIG), quando il processo di immersione dell'oro è instabile, è facile produrre disco nero.
d. Electroless Tin, lo stagno di immersione senza piombo non è ancora completamente maturo.
e. massetto ad aria calda (Sn/Ag/CuHASL), il processo di produzione di questo rivestimento non è ancora completamente maturo.
f. Conservazioni di Solderability Organic (OSP, Organic SolderabilityPreservations), questo tipo di rivestimento è il più economico, ma le prestazioni sono le peggiori. Quando si utilizza una scheda OSP, prestare attenzione al tempo di conservazione della scheda tra riflusso e tra riflusso e saldatura ad onda, perché il film protettivo sul pad del bordo è danneggiato dopo il riscaldamento ad alta temperatura e la saldabilità sarà notevolmente ridotta.
