Дизайн PCB - Технология управления EMC / EMI при проектировании плат PCB

С улучшением интеграции устройств на ИС, постепенной миниатюризацией оборудования и увеличением скорости устройства проблема EMI в электронных продуктах становится все более серьезной. С точки зрения проектирования EMC / EMI системного оборудования, правильное решение проблемы EMC / EMI на этапе проектирования PCB устройства является наиболее эффективным и наименее затратным способом для системного оборудования соответствовать стандартам электромагнитной совместимости. В этой статье описывается применение технологии управления EMC / EMI при проектировании PCB цифровых схем.

Принцип генерации и подавления EMI

EMI генерируется источником электромагнитных помех, который передает энергию в чувствительные системы по пути связи. Он включает в себя три основные формы: проводимость через провода или общее заземление, излучение через пространство или связь в ближнем поле. Вред ЭМИ проявляется в снижении качества передаваемых сигналов, помехах или даже повреждениях цепи или оборудования, которые не позволяют устройству соответствовать техническим показателям, установленным стандартом электромагнитной совместимости.

Чтобы подавить ЭМИ, конструкция ЭМИ цифровой схемы должна основываться на следующих принципах:

В соответствии с соответствующими техническими спецификациями EMC / EMI индикатор разбит на одноплатные схемы для иерархического управления.

Технология EMC / EMI управления цифровыми схемами PCB

При работе с различными формами ЭМИ необходимо детально проанализировать конкретные проблемы. При проектировании PCB цифровых схем EMI может управлять несколькими аспектами.

Выбор устройства:

При проектировании EMI мы должны сначала учитывать скорость выбранного устройства. В любой цепи, если устройство с временем подъема 5ns заменяется устройством с временем подъема 2.5ns, EMI увеличивается примерно в четыре раза. Интенсивность излучения EMI пропорциональна квадрату частоты. Максимальная частота EMI (fknee) также известна как полоса пропускания EMI. Это функция времени подъема сигнала, а не частоты сигнала: fknee = 0.35 / tr (где tr является временем подъема сигнала устройства)

Частотный диапазон ЭМИ этого излучения составляет от 30 МГц до нескольких ГГц. В этом диапазоне длина волны очень короткая, и даже очень короткая проводка на монтажной плате может стать передающей антенной. Когда EMI высок, схема может легко потерять нормальную функцию. Поэтому при выборе устройства, в предпосылке обеспечения требований к производительности схемы, следует по возможности использовать низкоскоростные чипы и использовать подходящие приводные / приемные схемы.

Складной дизайн:

Увеличение количества заземления и приближение сигнального слоя к заземлению при условии, что это позволяет стоимость, может уменьшить излучение EMI. Для высокоскоростных PCB плоскость питания и плоскость заземления тесно связаны, что снижает сопротивление питания и, следовательно, EMI.

Раскладка

В зависимости от тока сигнала, разумная компоновка может уменьшить помехи между сигналами. Разумная компоновка является ключом к контролю электромагнитных помех. Основные принципы построения:

Часовые линии являются основным источником помех и излучения. Держите его подальше от чувствительных цепей, чтобы сделать траекторию часов самой короткой;

Подключатели должны быть расположены, насколько это возможно, на одной стороне панели и вдали от высокочастотных цепей;

В полной мере учитывать осуществимость расположения разделов питания, устройства с несколькими источниками питания должны быть размещены через границы разделов питания, эффективно уменьшая влияние плоских разделов на EMI;

Установка проводов:

Управление сопротивлением: высокоскоростная сигнальная линия будет отображать характеристики линии передачи, требуя управления сопротивлением, чтобы избежать отражения сигнала, перенапряжения и звонка, а также уменьшить излучение EMI.

Чтобы понять направление потока каждого сигнала нажатия клавиш, маршрутизация сигнала должна быть близка к пути возврата, чтобы обеспечить наименьшую площадь его кольца.

Для низкочастотных сигналов ток течет по пути наименьшего сопротивления; Для высокочастотных сигналов высокочастотный ток течет по пути с наименьшей индуктивностью, а не по пути с наименьшим сопротивлением (см. рисунок 1). Для дифференциального излучения интенсивность излучения EMI (E) пропорциональна квадрату тока, площади контура тока и частоты. (I - ток, A - площадь кольца, f - частота, r - расстояние до центра кольца, k - константа.)

Таким образом, когда путь возврата минимальной индуктивности находится прямо под линией сигнала, площадь контура тока может быть уменьшена, тем самым уменьшая энергию излучения EMI.

Сигнал нажатия клавиш не должен пересекать сегментную область.

Обеспечить, чтобы полоса, микрополоса и ее опорная плоскость соответствовали требованиям.

Вывод развязывающего конденсатора должен быть коротким и широким.

. Все сигнальные линии должны быть как можно дальше от края пластины.

Для многоточечных сетей выбирайте соответствующую топологическую структуру, чтобы уменьшить отражение сигнала и излучение EMI.

Применение технологии управления EMC / EMI при проектировании сигнальных контуров проводки PCB

Разделение плоскости питания:

Разделение слоя питания

Когда на основной плоскости питания есть один или несколько подсистем, убедитесь, что каждая область питания непрерывна и достаточная ширина медной фольги. Границы не должны быть слишком широкими, обычно 20 - 50 миль ширины линии достаточно, чтобы уменьшить излучение зазора.

Разделение земного слоя

Уровень земли должен оставаться целостным, чтобы избежать деления. Если необходимо разделить, то необходимо провести различие между цифровым, аналоговым и шумовым заземлением и подключиться к внешнему заземлению через общее место заземления на выходе.

Чтобы уменьшить излучение на краю источника питания, плоскость питания / заземления должна соответствовать принципам проектирования 20H, то есть размер плоскости заземления на 20H больше, чем размер плоскости питания (см. рисунок 2), что позволяет снизить интенсивность излучения на краю поля на 70%.

Чтобы уменьшить излучение на краю источника питания, плоскость питания / заземления должна соответствовать принципам проектирования 20H, то есть размер плоскости заземления на 20H больше, чем размер плоскости питания, что позволяет снизить интенсивность излучения на краю поля на 70%.

Другие методы контроля EMI

Проектирование энергосистемы:

Используйте фильтр для управления помехами проводимости.

Электричество отключено. При проектировании EMI предоставление разумного развязывающего конденсатора позволяет чипу работать надежно, уменьшая высокочастотный шум в источнике питания и уменьшая EMI. Из - за паразитических параметров, таких как индуктивность провода, источник питания и его провод питания реагируют медленнее, что приводит к нехватке мгновенного тока, необходимого приводу в высокоскоростных схемах. Разумно спроектировать шунтирующие или развязывающие конденсаторы и распределенные конденсаторы силового слоя, чтобы эффект накопления энергии конденсатора мог быстро обеспечивать ток устройства до реакции питания. Правильная конденсаторная развязка может обеспечить путь питания с низким сопротивлением, что является ключом к снижению конформного EMI.

Заземление:

Конструкция заземления является ключом к снижению EMI всей пластины.

Определение использования одноточечного, многоточечного или смешанного заземления.

Если в конструкции двухсторонней панели нет слоя, важно разумно спроектировать сетку земной линии и обеспечить ширину земной линии > ширина линии электропитания > ширина линии сигнала. Также может быть использован метод укладки больших площадей, но необходимо обратить внимание на непрерывность больших площадей на одном и том же этаже.

Для многослойной конструкции убедитесь, что есть заземление, чтобы уменьшить сопротивление заземлению общего пользования.

Анализ и тестирование EMI:

• Моделирование

После завершения проводки PCB можно использовать программное обеспечение для моделирования EM I и экспертные системы для моделирования среды EMC / EMI для оценки соответствия продукта требованиям соответствующих стандартов электромагнитной совместимости.