Data PCB - Teknologi Kawalan EMI dalam Rancangan PCB Circuit Digital

1. Prinsip generasi dan penghalangan EMI dalam desain papan sirkuit cetak disebabkan oleh sumber gangguan elektromagnetik yang memindahkan tenaga ke sistem sensitif melalui laluan sambungan. Ia termasuk tiga bentuk asas: kondukti melalui wayar atau tanah biasa, radiasi melalui ruang, atau menyambung melalui medan dekat. Kerosakan EMI muncul sebagai mengurangi kualiti isyarat trasmis, menyebabkan gangguan atau bahkan kerosakan litar atau peralatan, sehingga peralatan tidak boleh memenuhi keperluan indeks teknik yang dinyatakan dalam piawai kompatibilitas elektromagnetik. Untuk menekan EMI, rancangan EMI sirkuit digital patut dilakukan menurut prinsip berikut:1.1 Menurut spesifikasi teknik EMC/EMI yang berkaitan, indikator dipotong ke sirkuit papan tunggal untuk kawalan hierarkis.1.2 Kawalan dari tiga elemen EMI, iaitu sumber gangguan, laluan sambungan tenaga dan sistem sensitif, sehingga sirkuit mempunyai balas frekuensi rata dan memastikan operasi normal dan stabil sirkuit.1.3 Mulakan dengan rancangan bahagian depan peralatan, perhatikan rancangan EMC/EMI, dan mengurangkan kos rancangan.

2. Teknologi kawalan EMI bagi papan PCB sirkuit digital Apabila berurusan dengan berbeza bentuk EMI, masalah khusus mesti dianalisis. Dalam rekaan papan PCB sirkuit digital, kawalan EMI boleh dilakukan dari aspek berikut.2.1 Pemilihan Peranti Dalam rekaan EMI, perkara pertama yang perlu dipertimbangkan adalah kelajuan peranti yang dipilih. Setiap sirkuit yang menggantikan peranti dengan masa naik 5ns dengan peranti dengan masa naik 2.5ns akan meningkatkan EMI dengan faktor kira-kira 4. Intensiti radiasi EMI adalah proporsional dengan kuasa dua frekuensi, juga dikenali sebagai lebar banding emisi EMI, yang merupakan fungsi masa naik isyarat daripada frekuensi isyarat: fknee =0.35/Tr (di mana Tr adalah masa naik isyarat peranti). Julat frekuensi jenis ini adalah 30MHz hingga beberapa GHz, dan dalam band frekuensi ini, panjang gelombang begitu pendek bahawa walaupun kawat yang sangat pendek pada papan sirkuit boleh menjadi antena penghantaran. Apabila EMI tinggi, sirkuit cenderung kehilangan fungsi normal. Oleh itu, dalam terma pemilihan peranti, dalam premis untuk memastikan keperluan prestasi sirkuit, cip kelajuan rendah sepatutnya digunakan sebanyak mungkin, dan sirkuit pemandu/menerima sepatutnya digunakan. Selain itu, kerana pin utama peranti mempunyai induktansi parasitik dan kapasitasi parasitik, dalam rancangan kelajuan tinggi, pengaruh bentuk pakej peranti pada isyarat tidak boleh diabaikan, kerana ia juga faktor penting untuk menghasilkan radiasi EMI. Secara umum, parameter parasit peranti SMD lebih kecil daripada parameter peranti pemalam, dan parameter parasit pakej BGA lebih kecil daripada parameter pakej QFP.2.2 Pemilihan sambungan dan definisi terminal isyarat Dalam rancangan terminal konektor, lebih banyak pin tanah boleh diatur untuk mengurangi jarak antara isyarat dan tanah, mengurangi kawasan loop isyarat yang berkesan yang menghasilkan radiasi dalam konektor, dan menyediakan laluan kembalian impedance rendah. Jika diperlukan, pertimbangkan mengisolasi beberapa isyarat kunci dengan pins tanah.2.3 DesignIf the cost allows, increasing the number of ground layers and placing the signal layer next to the ground plane layer can reduce EMI radiation. Untuk papan PCB kelajuan tinggi, pesawat kuasa dan tanah dipasang dengan dekat untuk mengurangi keterlaluan bekalan kuasa, dengan itu mengurangi bentangan EMI.2.4 Menurut aliran semasa isyarat, bentangan yang masuk akal boleh mengurangi gangguan antara isyarat. Bentangan yang betul adalah kunci untuk mengawal EMI. Prinsip asas bentangan ialah:(1) isyarat analog mudah diganggu oleh isyarat digital, dan sirkuit analog patut dipisahkan dari sirkuit digital; (2) Garis jam adalah sumber utama gangguan dan radiasi, jadi menjauhkannya dari sirkuit sensitif dan menjaga garis jam pendek; (3) Rangkaian dengan penggunaan kuasa arus tinggi dan kuasa tinggi patut dihindari sebanyak mungkin di kawasan pusat papan, dan pengaruh penyebaran panas dan radiasi patut dianggap pada masa yang sama; (4) Sambungan patut diatur di satu sisi papan sejauh yang mungkin dan jauh dari sirkuit frekuensi tinggi; (5) Sirkuit input/output dekat dengan sambungan yang sepadan, dan kondensator pemisah dekat dengan pin bekalan kuasa yang sepadan; (6) Pertimbangkan secara penuh kemudahan bentangan untuk pemisahan kuasa, dan peranti berkuasa berbilang patut ditempatkan melalui sempadan kawasan pemisahan kuasa untuk mengurangi kesan pemisahan kapal terbang pada EMI secara efektif; (7) Pesawat reflow (laluan) tidak dibahagi.2.5 Kawalan Impedance(1): Garis isyarat kelajuan tinggi akan menunjukkan ciri-ciri garis transmisi, dan kawalan impedance diperlukan untuk menghindari refleksi isyarat, overshoot dan ringing, dan mengurangi radiasi EMI. (2) Klasifikasikan isyarat, mengikut intensiti radiasi EMI dan sensitiviti isyarat berbeza (isyarat analog, isyarat jam, isyarat I/O, bas, bekalan kuasa, dll.), memisahkan sumber gangguan dari sistem sensitif sebanyak yang mungkin untuk mengurangi sambungan. (3) Kawal secara ketat panjang jejak, bilangan vias, sekatan salib, penghentian, lapisan kabel, laluan kembali, dll. isyarat jam (terutama isyarat jam kelajuan tinggi). (4) Gelung isyarat, iaitu, gelung yang terbentuk oleh isyarat yang mengalir ke isyarat yang mengalir masuk, adalah kunci kawalan EMI dalam rancangan PCB dan mesti dikawal semasa kabel. Untuk memahami arah aliran setiap isyarat kunci, lalui isyarat kunci dekat dengan laluan kembali untuk memastikan kawasan loop. Untuk isyarat frekuensi rendah, buat aliran semasa melalui laluan penentang; untuk isyarat frekuensi tinggi, membuat aliran semasa frekuensi tinggi melalui laluan induktor, bukan laluan penentang. Untuk radiasi mod berbeza, intensiti radiasi EMI (E) adalah proporsional dengan semasa, kawasan loop semasa, dan kuasa dua frekuensi. (di mana saya ialah semasa, A ialah kawasan loop, f ialah frekuensi, r ialah jarak ke tengah loop, dan k ialah konstan.) Jadi apabila laluan induktor kembali hanya di bawah konduktor isyarat, kawasan loop semasa boleh dikurangkan, dengan itu mengurangkan tenaga radiasi EMI. Isyarat kritikal tidak boleh menyeberangi kawasan disegmen. Jejak isyarat berbeza kelajuan tinggi sepatutnya tersambung secepat mungkin. Pastikan garis garis garis, garis garis mikro, dan pesawat rujukan mereka memenuhi keperluan. Pemimpin kapasitor pemisahan sepatutnya pendek dan lebar. Semua jejak isyarat patut disimpan sejauh mungkin dari pinggir papan. Untuk rangkaian sambungan berbilang-titik, pilih topologi yang sesuai untuk mengurangkan refleksi isyarat dan mengurangkan emisi EMI.