Teknik PCB - ​ Bina prototip gangguan EMC rendah dan penutup permukaan PCB

Artikel ini membahas langkah-langkah kunci untuk membina prototip gangguan elektromagnetik rendah (EMI) sebelum ujian konformiti bilik anechoic microwave, termasuk merancang sirkuit radiasi rendah dan ujian pre-kompatibilitas. Ujian prakompatibilitas termasuk penggunaan perisian simulasi medan elektromagnetik 3D untuk simulasi model bentangan PCB dan analisis EMI, dan kemudian menggunakan penganalisis spektrum (SA) untuk melakukan imbasan elektromagnetik medan dekat prototip PCB. Akhirnya, buat ujian bilik anechoic microwave untuk mengesahkan rancangan.

Rancangan sirkuit EMI Terrendah

Untuk memastikan emisi radiasi rendah (RE), pengalaman praktek terbaik mesti dilaksanakan bila merancang skema sirkuit dan bentangan PCB, termasuk menambah beads ferrit untuk sirkuit bekalan kuasa, garis data USB, Ethernet dan isyarat lain untuk penapis EMI. Selain itu, kedudukan yang tepat bagi bilangan yang cukup kondensator penyahpautan pada loop bekalan kuasa boleh mengurangkan pengendalian rangkaian distribusi kuasa, dengan demikian mengurangkan amplitud penyahpautan bunyi yang dijana oleh muatan digital dan mengurangkan risiko radiasi. Pada masa yang sama, rancangan rangkaian pembayaran loop tertutup bagi bekalan kuasa penukaran ditetapkan untuk mencapai loop tertutup yang stabil, yang boleh memastikan output tekanan boleh dikawal dan minimumkan amplitud gangguan bunyi penukaran. Amplitude pengurangan bunyi boleh menekan risiko EMI prototip secara signifikan.

jejak PCB untuk frekuensi tinggi atau isyarat pinggir naik/jatuh pantas patut rujuk ke gelung terus menerus (misalnya rujuk ke pesawat tanah) untuk mengurangi risiko EMI. Jejak tidak boleh melewati mana-mana pesawat pembahagi dan lubang. Jika isyarat perlu dihantar diantara lapisan melalui laluan, sekurang-kurangnya satu tanah melalui patut ditempatkan di sebelah isyarat melalui sebagai laluan kembali untuk semasa isyarat dari hujung penerima hingga hujung penghantaran. Jika tiada laluan kembalian yang betul, arus kembalian mungkin dihantar secara arbitrari dalam PCB dan menjadi sumber EMI yang berpotensi.

Skema pendaratan yang hebat juga adalah faktor kunci untuk mengurangi EMI. Semua rancangan PCB mesti menghindari gelung tanah, kerana gelung tanah akan membentuk penghantar radiasi apabila isyarat kembali berlalu. Melukis tanah sebagai pesawat rujukan luas boleh membina skema pendaratan yang baik. Pesawat tanah kumpulan sirkuit berbeza (seperti frekuensi radio, sirkuit analog dan digital) patut dipisahkan secara fizikal, dan sambungan sirkuit patut ditetapkan melalui beads ferrit untuk membantu mencegah bunyi frekuensi tinggi daripada menyebar antara kumpulan sirkuit.

Selepas selesai rancangan bentangan PCB, simulasi patut dilakukan untuk analisis EMI untuk memastikan bahawa PCB mempunyai risiko rendah emisi radiasi sebelum penghasilan. Melepaskan simulasi EMI mungkin tidak menjamin prestasi EMI PCB, dan akan menyebabkan reka-reka. Jika hasil simulasi EMI memenuhi spesifikasi teknikal, perancang boleh memulakan penghasilan PCB, dan kemudian menggunakan penganalisis spektrum untuk melakukan imbasan elektromagnetik medan dekat pada prototip PCB. Ujian prakompatibilitas seperti simulasi EMI dan imbasan elektromagnetik medan dekat boleh meningkatkan kepercayaan desainer bahawa prototip mempunyai EMI yang lebih rendah. Selepas ujian prakompatibilitas selesai, peranti yang sedang diuji boleh melakukan ujian kesesuaian EMI sebenar dalam bilik anechoic.

Analisis Simulasi EMI

Selepas selesai rancangan bentangan PCB, import fail bentangan ke dalam EMPro 2013.07 untuk melakukan simulasi EMI 3D. Isyarat perbezaan dipilih untuk kaedah unsur terbatas (FEM) simulasi medan elektromagnetik tiga-dimensi. Simulasi medan elektromagnetik tiga dimensi adalah proses menetapkan keadaan sempadan elektromagnetik dan saiz mata model dan memecahkan persamaan Maxwell. Untuk memastikan ketepatan keputusan simulasi, saiz sempadan patut ditetapkan ke lebih dari 8 kali lebar PCB, dan saiz grid patut ditetapkan ke kurang dari 1/5 lebar PCB. Komputer yang menjalankan medan elektromagnetik tiga dimensi perlu dilengkapi dengan memori lebih dari 16G dan kapasitas penyimpanan lebih dari 100G untuk memastikan kemajuan licin analisis.

Tetapkan sensor medan jauh untuk menangkap medan elektromagnetik teremit, dan guna templat simulasi EMI EMPro untuk mengira kuasa emisi medan jauh, dan kemudian tetapkan sond medan elektrik pada jarak 10 m untuk melukis graf balas domain frekuensi. Kemudian lakukan simulasi medan elektromagnetik tiga dimensi bagi mod domain masa perbezaan terbatas (FDTD), dan bandingkan dengan hasil simulasi mod FEM.

Rujuk ke diagram simulasi intensiti medan elektrik pada 30MHzｙ1GHz (Gambar 1) (unit intensiti medan elektrik adalah dB μV, unit frekuensi adalah GHz), aras kuasa radiasi (lengkung biru adalah simulasi mod FEM, lengkung merah adalah simulasi mod FDTD) lebih rendah daripada ungkapan 45 dBμV FCC maksimum (garis berdarah hijau).

Keutamaan kuasa maksimum (- 66. 4dBm) muncul hampir 400MHz. Koil sebagai sensor medan dekat bergerak dalam 3 inci dari peranti yang sedang diuji. Lebar band resolusi analisis spektrum 30kHz boleh mencapai ukuran tingkat bunyi rendah (-80dBm), jadi punca (radiasi frekuensi diskret berbeza) jelas kelihatan. Untuk meningkatkan kepercayaan bahawa prototip melewati ujian EMI jauh-medan (3m dan 10m) dari bilik anechoic microwave, kuasa puncak di kawasan dekat sepatutnya lebih rendah dari -65dBm. Garis merah menunjukkan aras kuasa emisi radiasi maksimum CISPR 11 Kelas A: kurang dari 56dBμV dalam julat frekuensi 30MHz hingga 1GHz. Lengkung coklat dibawah garis merah mewakili band pengawal yang dinyatakan dalam arah EMC Keysight (dahulu Agilent). Komponen menegak dan mengufuk gelombang radiasi diwakili oleh lengkung biru dan hijau, berdasarkan. Dua puncak kuasa 38dBμV dan 37dBμV muncul pada frekuensi 400MHz dan 560MHz, dan kedua-dua berada di bawah ambang maksimum.

Design sirkuit EMI rendah dan ujian pre-kompatibilitas (seperti simulasi EMI tiga dimensi dan imbasan elektromagnetik dekat medan) adalah sangat penting. Mereka boleh menghindari penghasilan semula PCB yang tidak diperlukan, menyimpan biaya pembangunan dan masa, dan boleh mengurangi masa pengujian persyaratan EMI dalam bilik anechoic gelombang mikro untuk memastikan elektronik peranti ditempatkan ke pasar pada masa atau bahkan sebelum.

Penutup permukaan PCB

A. Electrolytic Ni/Au: Penutup jenis ini adalah yang paling stabil, tetapi harga adalah tertinggi.

b. Papan perak Immersiog AG (Immersiog AG) tidak sebaik-baiknya dengan jubah emas, dan ia cenderung kepada elektromigrasi dan bocor.

c. Plat nikel/emas tanpa elektrik (ElectrolessNickel? ImmersionAu, ENIG), apabila proses emas tenggelam tidak stabil, ia mudah untuk menghasilkan cakera hitam.

d. Tin tanpa elektrik, tin selam tanpa lead belum sepenuhnya dewasa.

e. Skreed udara panas (Sn/Ag/CuHASL), proses produksi penutup ini belum sepenuhnya dewasa.

f. Pertahanan Solderabiliti Organik (OSP, Pertahanan Solderabiliti Organik), jenis penyamaran ini adalah yang paling murah, tetapi prestasi adalah yang terburuk. Apabila menggunakan papan OSP, perhatikan masa penyimpanan papan antara reflow dan antara reflow dan soldering gelombang, kerana filem perlindungan pada pad papan rosak selepas pemanasan suhu tinggi, dan kemudahan solderability akan dikurangkan jauh.