Технология PCB - технология управления EMC / EMI при проектировании печатных плат

С улучшением интеграции ИС устройств, постепенной миниатюризацией оборудования и его ростом, проблема ЭМИ в электронных изделиях становится все более серьезной. С точки зрения ЭМС/ЭМИ проектирования системного оборудования, правильное решение проблем ЭМС/ЭМИ в Европе на этапе проектирования печатных плат оборудования является наиболее эффективным и недорогим способом удовлетворения стандартов ЭМС системы оборудования. В данной статье описывается техника управления ЭМИ при проектировании цифровых печатных плат.

1.принцип создания и подавления электромагнитных помех

источником электромагнитных помех является источник электромагнитных помех,передающий энергию через каналы связи в чувствительные системы.Он состоит из трех основных форм: проводник или государственная земля - земля,космическая радиация или связь с ближним полем. ущерб от электромагнитных помех выражается в снижении качества передаваемого сигнала, создании помех в цепи или устройстве или даже в его повреждении,что не позволяет оборудованию выполнить требования технических показателей, установленных стандартом электромагнитной совместимости.

для подавления EMI цифровая схема должна быть спроектирована по следующим принципам:

согласно соответствующим стандартам EMC/технические условия электромагнитных помех,Эти индикаторы разделены на монолитные схемы и управляются на разных уровнях.

управление тремя элементами EMI, а именно источником помех, линией связи с энергией и чувствительной системой, обеспечивает плавную Частотную реакцию схемы и обеспечивает ее нормальное и стабильное функционирование.

Начиная с проектирования оборудования, обратите внимание на проектирование EMC / EMI, чтобы снизить проектные затраты.

Технология контроля электромагнитных помех в цифровых печатных платах

При рассмотрении различных форм электромагнитных помех необходимо тщательно проанализировать конкретные вопросы. при проектировании цифровых схемпечатная плата EMI может осуществлять управление в следующих областях.

выбор оборудования

при проектировании EMI мы должны сначала учитывать скорость выбранного оборудования. в любой цепи, если оборудование с 2.5 нс будет заменено оборудованием с интервалом подъема 5 НС,EMI увеличится примерно в 4 раза.интенсивность излучения EMI прямо пропорциональна квадрату частоты. максимальная частота EMI (fknee) также известна как ширина полосы пропускания EMI. функция FKNEE = 0.35 / Tr (где Tr - время нарастания сигнала устройства)

частота излучения EMI колеблется от 30 МГц до нескольких ГГц. в этом диапазоне длины волн очень коротки, и даже очень короткая проводка на платы может стать передающей антенной. когда Эми выше, цепь легко теряет нормальную функцию. Поэтому при выборе прибора, при условии обеспечения требований свойства схемы, следует, насколько это возможно, использовать низкоскоростные чипы и использовать соответствующие драйверы / приемные схемы.Кроме того, ввиду паразитной индуктивности и паразитной емкости на выводных элементах прибора в высокоскоростных конструкциях не следует упускать из виду влияние упаковки прибора на сигнал,поскольку это также является важным фактором,вызывающим эмиссию EMI. обычно паразитные параметры в устройстве SMD меньше,чем в модуле,а паразитные параметры в блоке BGA меньше,чем в пакете QFP.

выбор соединителя и определение зажима сигнала

Разъем является ключевым звеном в высокоскоростной передаче сигнала, а также слабым звеном, способным создавать электромагнитные помехи. При проектировании клемм разъема можно установить больше зажимов заземления, чтобы уменьшить расстояние между сигналом и землей, уменьшить площадь контура эффективных сигналов для получения излучения в соединительном звене, обратном пути с низким сопротивлением. При необходимости рассмотрите возможность изоляции некоторых ключевых сигналов с помощью штырей заземления.

проектирование упаковки

при условии наличия стоимости, увеличение количества земной поверхности и близость слоя сигнала к земной плоскости могут уменьшить эмиссию EMI. скоростной поездпечатная платаs, плоскость питания и плоскость заземления тесно связаны друг с другом, Это снижает сопротивление питания,тем самым снижая уровень электромагнитных помех.

2.4 макет

ток по сигналу, рациональная схема может уменьшить помехи между сигналами.Разумная компоновка - ключ к контролю электромагнитных помех.Основные принципы раскладки:

аналоговый сигнал подвержен влиянию цифровых сигналов, аналоговые схемы должны быть отделены от цифровых схем;

Часовые линии - главный источник помех и радиации. Держись подальше от чувствительных схем, держать тактовые линии как можно короче;

чехи должны по мере возможности избегать появления больших токов и мощных схем в центральной части платы, и должны принимать во внимание влияние рассеяния тепла и излучения;

соединитель должен, насколько это возможно, располагаться на стороне платы, вдали от высокочастотной цепи;

входная / выходная схема близко к соответствующему соединителю, развязывающий конденсатор рядом с соответствующим выводом питания;

в полной мере учитывать возможность расположения разделов питания, ряд устройств питания должны пересекать границы раздела питания, чтобы эффективно снизить влияние планировочного раздела на EMI;

Обратная плоскость (путь) не разделена.

присоединение

управление сопротивлением: высокоскоростные линии сигнализации будут показывать характеристики линии передачи, необходимо осуществлять импедансное управление, чтобы избежать отражения сигнала, ультрагармонического вызова и сократить эмиссию EMI.

в зависимости от интенсивности и чувствительности EMI - сигнала (аналоговый сигнал, часовой сигнал, сигнал I / O, шины, электропитание и т.д.

строгий контроль за длительностью слежения за сигналом часового времени (особенно высокоскоростными сигналами), числом проходных отверстий, зонами раздела, терминалами, прокладкой проводов, траекториями возвращения и т.д.

Сигнальная петля, То есть петля, образованная сигналом, вытекающим из сигнала, и сигналом, втекающим в сигнал, ключ к управлению электромагнитными помехами проектированиепечатная плата необходимо управление в процессе подключения. понять направление каждого ключевого сигнала,ключевой сигнал должен быть проложен близко к обратному тракту, чтобы площадь его петли была наименьшей.

низкочастотный сигнал, путь, по которому ток проходит через наименьшее сопротивление; высокочастотный сигнал,путь к минимизации индуктивности тока высокой частоты, Вместо пути наименьшего сопротивления (см. рисунок 1). дифференциальное излучение, Интенсивность излучения EMI (E) пропорциональна току,площадь токового контура, есть Квадрат частоты. (I  электрический ток, А. f Частота, R расстояние до центра кольцевой дороги, K - константа.)

Таким образом,когда путь наименьшего индуктивного возвращения как раз ниже линии сигнала, площадь контура электрического тока может быть уменьшена,что позволит снизить эмиссию EMI.

сигнал ключа не должен пересекать разделяемую область.

проводка высокоскоростных разностных сигналов должна быть как можно более тесно связана.

обеспечение соответствия полос, микрополос и их базовых уровней требованиям.

отвод развязывающего конденсатора должен быть коротким и широким.

Все линии сигнализации должны быть как можно дальше от края платы.

для многоточечных соединений выберите соответствующую топологию, чтобы уменьшить отражение сигнала и излучение EMI.

разделение панели питания

разделение властных полномочий

При наличии одного или нескольких субблоков питания на главной плоскости питания,обеспечивать непрерывность в области питания и достаточную ширину медной фольги. граница не требует слишком широкой, В общем, ширина линии 20 - 50 мм достаточно, чтобы уменьшить зазорное излучение.

донное отделение

уровень земли должен быть полным, чтобы избежать раскола. в тех случаях, когда необходимо проводить различие между цифровым, аналоговым и шумовым заземлением, а также внешним заземлением через открытое место на выходе.

для снижения уровня краевой радиации в источнике питания следует соблюдать принцип проектирования 20H, согласно которому размер поверхности земли на 20 н больше, чем размер поверхности (см. рис. 2),с тем чтобы интенсивность излучения на краевом поле могла быть снижена на 70%.

другие методы управления EMI

проектирование электрических систем

спроектирована энергетическая система с низким сопротивлением для обеспечения того,чтобы система распределения работала на частотах ниже fknee,чем сопротивление цели.

использовать фильтры для управления помехами проводимости.

мощность развязана. при проектировании EMI разумные емкости развязки позволяют чипу работать надежно,снижая высокочастотный шум в электроснабжении и снижая EMI. из за влияния паразитных параметров,таких,как индуктивность проводов, мощность и линия электропитания медленно реагируют,в результате чего в высокоскоростных цепях ощущается нехватка мгновенного тока, необходимого для привода. разумно спроектировать блоки или развязывающие конденсаторы и распределительные конденсаторы в силовом слое, с тем чтобы можно было быстро снабжать оборудование током, используя эффект накопителя конденсатора,прежде чем реагировать на питание.правильная емкостная развязка может обеспечить путь к низкому сопротивлению,что является ключом к снижению симболизма EMI.

приземление

проектирование заземления является ключом для снижения общей платы EMI.

обеспечение одноточечного, многоточечного или смешанного приземления.

цифровое заземление, аналоговое заземление и шумовое заземление должны быть отделены друг от друга и должны быть определены соответствующие публичные места приземления.

Если двухсторонняя плита спроектирована без горизонта, то целесообразно проектировать сетку горизонта, чтобы обеспечить ширину линии > ширина линии электропитания > ширина линии сигнала. можно также использовать мощение на больших площадях, но необходимо учитывать непрерывность укладки на больших участках на одном и том же этаже.

для проектирования многослойных схем необходимо обеспечить наличие коллектора,чтобы снизить общее сопротивление заземления.

демпфирующий резистор 3 тандема

при условии,что последовательность цепи требует разрешения,основная технология подавления источника помех состоит в последовательном соединении небольшого сопротивления в конце вывода ключевого сигнала, обычно с 22 - 33 без © сопротивлением. Эти последовательные малые сопротивления в конце вывода могут замедлить время нарастания / снижения, сглаживать ультрагармонические модулированные сигналы, таким образом, уменьшить амплитуду выходных гармоник высокой частоты для достижения цели эффективного подавления EMI.

защитный кожух

ключевые компоненты могут быть использованы для защиты EMI или защиты сеток.

защита от основного сигнала упреждения может быть спроектирована как полоса или изолирована от линии по обе стороны ключевого сигнала.

расширение частоты

метод расширения частоты это новый эффективный способ снижения электромагнитных помех. расширение частоты это модуляция сигнала и распространение энергии сигнала на относительно широкий диапазон частот.На самом деле, это способ контролируемой модуляции тактовых сигналов,и это не приведет к существенному увеличению тряски тактовых сигналов. практическое применение доказало,что техника расширения частоты эффективна и может снизить радиацию на 7-20 дБ.

анализ и испытание электромагнитных помех

аналоговый анализ

Afterпечатная плата окончание соединения,Программное обеспечение для моделирования EMI и экспертные системы могут использоваться для моделирования анализа, моделирования комплексных стандартов для продуктов экологической оценки EMC / EMI.

проверка развертки

сканер электромагнитного излучения сканирует собранные и токопроводящие машинные диски, чтобы получить схему распределения электромагнитного поля на диске печатная плата (Как показано на рисунке 3, красный, зелёный, Сине - белая область показывает, что энергия электромагнитного излучения колеблется от низкого до высокого).По результатам испытания, проектированиепечатная платаУлучшение.

Резюме

С постоянным развитием и применением новых высокоскоростных микросхем, увеличением частоты сигналов и уменьшением размеров печатных плат, которые их несут, дизайн печатных плат сталкивается с большими трудностями. Только непрерывные исследования и инновации могут сделать дизайн ЭМС/ЭМИ печатных плат успешным.