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電子設計 - PCB回路設計とEMCデバイス選択

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電子設計 - PCB回路設計とEMCデバイス選択

PCB回路設計とEMCデバイス選択

2021-10-26
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Author:Downs

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することができます。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ることができ、ハードウェアとソフトウェアの繰り返し使用を少なくとも1回減らすことができる。これにより、新製品がその機能技術要件を満たし、PCB市場に早く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デジタルデバイス及び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に耐性のあるI/Oチップをいくつか生産することもできます。一部のメーカーは、優れたEMCパフォーマンスを備えた大規模な集積回路を提供しています(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ます。放射線量は40 dB未満)、ほとんどのデジタル回路は、図1に示すように高次高調波成分を生成する四角波信号を使用して同期します。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:

回路基板

*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

*出力電圧変動が低い

*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

*帯電防止およびその他の干渉現象

*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一つ一つ規定しなければならない。異なるPCBメーカーが製造した同じモデルとインデックスを持つデバイスは、EMCの特性が著しく異なる場合があります。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が現在の最適な選択肢です。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)の発光と感度特性(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多い。したがって、回路基板に直接溶接された表面を使用してプログラマブルメモリを実装する必要があります。

プロセッサーにZIFソケットとスプリング搭載ヒートシンクを搭載したマザーボード(簡単にアップグレードできる)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

*入力キーとキーに対してレベル検出を使用(エッジ検出ではなく)

*最も低速で平滑なプリアンブル速度を可能な限り持つデジタル信号を使用(歪み限界を超えない)

*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)

*負荷容量を小さくし、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、電源の停止、落下、サージ、過渡的な干渉に抵抗する必要があります

*質の高い番犬が必要

*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

*電源監視回路と規制当局は、製品の重要な状態に応じて、ほとんどの不測の事態に対応するために適切な回路とソフトウェア技術を必要としています。

*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:信号のミリ軌道長当たりの往復時間は36ピコ秒に等しい

B.最適なEMC特性を得るために、伝送路技術を比

デジタルICの中には、遮蔽効果を達成するために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上のシールドコストは低いが、放熱と良好な換気が必要な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の片側にあるが穴を通らないクロックトレースを最短にしておく必要があります。時計が多くの負荷に到達するには長い経路を通らなければならなかったとき、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、長い軌道(導線)の電流がはるかに小さくなる。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し、正弦波でも、負荷の隣のクロックバッファで整形しなければなりません。

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、放射線の測定値を下げることができるが、瞬間的な送信電力を本当に下げることはできない新技術である。そのため、それは依然としていくつかの高速反応装置に同じ干渉を引き起こす可能性がある。この技術では、クロック周波数を1〜2%変調して高調波成分を拡張し、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、推測的だが、この技術は米国連邦通信委員会に受け入れられ、米国と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。これらの点を考慮すると、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、EMCのパフォーマンスが著しく異なる可能性があるため、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回路設計における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スクランブル耐性の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。