PCB Tecnico - Progettazione ad alta frequenza della compatibilità elettromagnetica (EMC)

Molti ingegneri senior spesso seguono il percorso della progettazione di base e sbagliata. Questo è il pensiero ad alta frequenza della progettazione di compatibilità elettromagnetica (EMC).

I problemi di compatibilità elettromagnetica (EMC) si verificano spesso in condizioni di alta frequenza, ad eccezione di problemi individuali (cadute di tensione, interruzioni istantanee, ecc.). Il pensiero ad alta frequenza si riferisce alle caratteristiche di dispositivi e circuiti. Nelle situazioni ad alta frequenza, è diverso dalle condizioni convenzionali di media e bassa frequenza. Se ancora giudichi e analizzi in base al pensiero di controllo ordinario, cadrai in un malinteso del design. Ad esempio: il condensatore, nel caso di media e bassa frequenza o CC, è un componente di accumulo di energia, che mostra solo le caratteristiche di un condensatore; nel caso di alta frequenza, è più di un semplice condensatore. Ha le caratteristiche di un condensatore ideale e ha perdite. Corrente (rappresentata come R sul circuito equivalente ad alta frequenza), induttanza al piombo e ESR (resistenza di serie equivalente) che causa calore in caso di fluttuazioni degli impulsi di tensione (come mostrato nella figura sottostante).

Figura 1: Compatibilità elettromagnetica (EMC)_Diagramma del circuito equivalente ad alta frequenza del condensatore

Come si può vedere dalla figura precedente, i progettisti possono aiutare molto nella progettazione di compatibilità elettromagnetica (EMC).

Secondo il pensiero convenzionale, 1/2πfc è la reattività capacitiva del condensatore. Maggiore è la frequenza, minore è la reattività capacitiva e migliore è l'effetto filtrante. Cioè, più alta è la frequenza, più facile è dissanguare il disordine, ma questo non è il caso. In presenza di induttanza, un condensatore è solo quando viene stabilita l'equazione di 1/2πfc=2πf L, quando l'impedenza complessiva è la più piccola, l'effetto filtrante è il migliore e l'effetto filtrante sarà ridotto quando la frequenza è alta e bassa. Analizzare la conclusione, perché due condensatori sono aggiunti al terminale VCC del IC, uno è elettrolitico e l'altro è ceramico, e il valore di capacità è generalmente un po 'più di 100 volte diverso. È che i punti di frequenza di risonanza di due condensatori diversi si sono divergenti per una certa distanza, il che è buono per filtrare frequenze leggermente più alte e filtrare per frequenze più basse.

Figura 2: Compatibilità elettromagnetica (EMC)_Diagramma del circuito equivalente ad alta frequenza del filo

Le caratteristiche equivalenti ad alta frequenza del cavo o del cablaggio PCB (come mostrato sopra), indipendentemente dalle alte e basse frequenze, la resistenza del cablaggio è oggettivamente presente, ma per l'induttanza del cablaggio, può essere rivelata solo alla frequenza più alta. Inoltre, c'è un condensatore distribuito. Tuttavia, quando non c'è conduttore vicino al cavo, questo condensatore distribuito è inutile. Due conduttori sono necessari per svolgere il suo ruolo.

Le caratteristiche di induttanza e resistenza sono relativamente facili da capire e non saranno spiegate. Tuttavia, le caratteristiche equivalenti ad alta frequenza dell'anello magnetico e delle perle magnetiche devono essere menzionate, perché l'effetto assorbente dell'anello magnetico sulla pulsazione ad alta frequenza è simile alle prestazioni di un induttore, quindi è spesso considerato come una caratteristica induttiva, ma in realtà è sbagliato. . L'anello magnetico è una caratteristica di resistenza, ma questa resistenza è un po 'speciale. Il suo valore di resistenza è una funzione della frequenza R(f). In questo caso, quando un segnale con fluttuazioni ad alta frequenza passa attraverso le sfere magnetiche, le fluttuazioni ad alta frequenza saranno causate da I2R genera calore e interferisce con il processo di trasformazione di energia elettrica-energia magnetica-energia termica. Pertanto, quando ci sono forti fluttuazioni sul filo, l'anello magnetico si sentirà caldo al tatto.

Quanto sopra è la conoscenza di base della compatibilità elettromagnetica (EMC) principale nel pensiero ad alta frequenza. Dopo aver compreso la conoscenza della compatibilità elettromagnetica (EMC), molte domande di progettazione hanno le risposte. per esempio:

1. Perché sono installati due condensatori sul terminale VCC del IC, un condensatore elettrolitico e un condensatore ceramico? A causa delle caratteristiche equivalenti ad alta frequenza del condensatore, il collegamento in serie dell'induttanza del piombo e del condensatore provoca la sua impedenza completa di cambiare con la frequenza. Nel punto di frequenza WL= (1/WC), è il punto con la più piccola impedenza (come mostrato nella figura sottostante). Inoltre, i due condensatori hanno i propri punti di impedenza minimi, corrispondenti rispettivamente a diversi punti di frequenza, in modo da fornire corrente per i requisiti di alimentazione del IC in diverse gamme di frequenza.

Figura 3: Compatibilità elettromagnetica (EMC)_Diagramma caratteristico impedenza-frequenza IC del condensatore di disaccoppiamento

2. Il filo di terra del banco di lavoro elettrostatico utilizza un'ampia cintura di rame e un tubo della pelle del serpente della rete metallica invece di un cavo di terra rotondo giallo-verde. L'induttanza di routing del cavo di terra rotondo è troppo grande, che non favorisce l'elettricità statica ad alta frequenza. La scarica di carica elettrica.

3. La distanza tra il cavo e il cavo non dovrebbe essere troppo vicina, altrimenti causerà crosstalk tra i cavi di segnale a causa della capacità distribuita del cavo. Naturalmente, l'accoppiamento del cavo di segnale al cavo di terra è meglio essere vicino. In questo modo, l'interferenza fluttuante sulla linea del segnale può essere scaricata facilmente alla linea di terra.

Per gli ingegneri elettronici, se i dispositivi elettronici sono considerati come un circuito combinato equivalente ad alta frequenza, il design di compatibilità elettromagnetica (EMC) sarà più perfetto.