電子設計 - PCB回路設計とEMCデバイス選択

1.PCB回路設計とEMCデバイス選択

新しい設計と開発プロジェクトの開始時に、アクティブおよびパッシブ素子を適切に選択し、完全なPCB回路設計技術を使用することで、最小限のコストでEMC認定を取得し、製品の遮蔽とフィルタリングによる追加コストを削減できます。体積と重量。これらの技術はまた、デジタル信号の完全性とアナログ信号の信号対雑音比を高め、ハードウェアとソフトウェアの再使用を少なくとも1回減らすことができる。これは、新製品がその機能技術要件を満たし、できるだけ早くPCB市場に参入するのにも役立ちます。これらのEMCテクノロジーは、企業の競争優位性の一部とみなされ、企業が最大のビジネス利益を得るのを支援する必要があります。

1.1デジタルデバイスとEMC回路設計

1.1.1デバイスの選択

ほとんどのデジタルICメーカーは、少なくとも放射線の低い一連のデバイスを生産することができ、ESDに抵抗するいくつかのI/Oチップを生産することもできます。一部のメーカーは、優れたEMCパフォーマンスを提供するVLSI（一部のEMCマイクロプロセッサは通常の製品より優れている。放射線は40 dB未満）、ほとんどのデジタル回路は、図1に示すように高調波成分を生成する角波信号を用いて同期している。クロックレートが高いほど、エッジが急になり、周波数と高調波の送信能力が高くなります。そのため、製品の技術指標を満たす前提で、できるだけ低速クロックを選択する。HCを使用できる場合は、ACを使用しないでください。CMOS 4000が可能な場合は、HCを使用しないでください。集積度とEMCの特性が高い集積回路を選択します。例：

*電源と接地ピンが閉じている

*複数の電源および接地ピン

*出力電圧の変動が小さい

*制御可能な切り替え速度

*伝送路に適合するI/O回路

*差動信号伝送

*低床反射

*ESDおよびその他の干渉に対する耐性

*入力容量が小さい

*出力レベルの駆動能力は実用上の要求を超えない

*電源の低過渡電流（貫通電流と呼ばれることがある）

これらのパラメータの最大値と最小値は、メーカーが1つずつ指定する必要があります。異なるPCBメーカーが製造した同じモデルと指標を持つデバイスは、明らかに異なるEMC特性を持つ可能性があります。これは、連続生産される製品の安定した電磁互換性コンプライアンスを確保するために非常に重要です。

1.1.2 ICブラケットが不適切

ICコンセントはEMCにとって非常に不利です。表面実装チップをPCBに直接溶接することをお勧めします。リード線が短く、体積が小さいICチップの方が良い。BGAと同様のチップパッケージICが現在の最良の選択肢である。ソケットに取り付けられたプログラマブル読み出し専用メモリ（PROM）の送信と感度特性（さらに悪いことに、ソケット自体にバッテリがある）は、本来の良好な設計を悪化させることがあります。したがって、回路基板に直接溶接された表面実装プログラマブルメモリを使用する必要があります。

ZIFソケットとプロセッサに取り付けられたスプリングヒートシンク（簡単にアップグレードできる）を備えたマザーボードには、追加のフィルタリングとシールドが必要です。それでも、内部リード線の最も短い表面を選択してZIFソケットを取り付けることは有益である。

1.1.3回路技術

*入力とキーにレベル検出を使用（エッジ検出ではありません）

*最も低速で滑らかなプリアンブルレートを可能な限り持つデジタル信号を使用（歪み制限を超えない）

*PCBテンプレートでは、信号のエッジ速度や帯域幅を制御することができます（例えば、駆動端に軟フェライトビーズや直列抵抗器を使用する）

*負荷容量を低減し、出力端に近いコレクタオープンドライバを引っ張りやすくし、抵抗値をできるだけ大きくする

*プロセッサヒートシンクは熱伝導性材料を介してチップから分離され、プロセッサは複数の無線周波数点で接地されている。

*電源の高品質無線周波バイパス（デカップリング）は、電源ピンごとに重要です。

*高品質の電源監視回路は、電源遮断、パワーダウン、サージ、過渡的な干渉に抵抗する必要がある

*高品質のモニタが必要

*番犬や電源監視回路にプログラム可能なデバイスを使用しない

*電源監視回路とモニタには、製品の重要な状態に応じて、最も予想外の状況に対応できるように適切な回路とソフトウェア技術も必要です。

*論理信号エッジの立ち上がり／立ち下がり時間がPCBトレースにおける信号伝送時間より短い場合、伝送路技術を使用する：

A.経験：信号の弾道長ミリ当たりの往復時間は36ピコ秒に等しい

B.最適な電磁互換性特性を得るために、提案された軌跡よりもはるかに短い軌跡を実現するために伝送路技術を使用する

デジタルICの中には、遮蔽効果を実現するためにPCBアースに溶接された高レベルの放射線を発生するものもあります。PCB上の遮蔽コストは低いが、放熱と良好な換気を必要とする機器には適していない。

クロック回路は通常、PCBトレースが最も重要なポイントである最も重要な送信源である。コンポーネントのレイアウトでは、PCBの片側にクロック線があることを確認しながら、貫通孔を通過しないようにクロックトレースを最短にする必要があります。時計が長い経路を通過しなければ多くの負荷に到達できないときは、長い軌道（線）の電流がはるかに小さくなるように、負荷のそばにクロックバッファを取り付けることができます。ここでは、相対歪みは重要ではありません。長いトラックのクロックエッジは、できるだけ滑らかに、正弦波でも、負荷の隣にあるクロックバッファによって整形される必要があります。

1.1.4拡散クロック

いわゆる「スペクトル拡散クロック」は放射線測定値を下げることができる新しい技術であるが、瞬間的な送信電力を実際に下げることはできない。そのため、高速で反応するいくつかのデバイスにも同じ干渉を与える可能性があります。この技術はクロック周波数を1〜2%変調し、それによって高調波成分を分散し、CISPR 16またはFCC送信試験におけるピークをより低くする。測定された排出削減量は、試験受信機の帯域幅と積分時定数に依存するため、推測的ではあるが、この技術はFCCに受け入れられ、米国や欧州で広く使用されている。

1.2アナログ装置とPCB回路設計

1.2.1シミュレーションデバイスの選択

EMCの観点からアナログデバイスを選択するのは、デジタルデバイスを選択するほど簡単ではありません。放射、変換率、電圧変動、出力駆動能力もできるだけ小さいことが望ましいが、ほとんどの能動アナログデバイスにとってノイズ耐性は非常に重要である。さまざまな要因を考慮すると、明確なEMC発注機能を特定することは困難です。

異なるメーカーの同じモデルと指標のオペアンプは、明らかに異なるEMCパフォーマンスを持つ可能性があるため、後続製品のパフォーマンスパラメータの一貫性を確保することが重要です。敏感なアナログデバイスの製造業者は、EMCまたはPCB回路設計において信号対雑音比処理技術またはPCBレイアウトを提供しており、これはユーザーのニーズに関心があることを示しており、これはユーザーが購入時にメリットとデメリットを比較するのに役立ちます。

1.2.2「復調問題の防止

ほとんどのアナログ装置の干渉防止問題は無線周波数復調に起因する。オペアンプの各ピンは、使用されているフィードバック回路に関係なく無線周波数干渉に非常に敏感である。すべての半導体は無線周波数の復調に役立つが、アナログ回路での問題はさらに深刻だ。低速オペアンプであっても携帯電話の周波数及びそれ以上の信号を復調することができる。