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PCBボード設計におけるEMC/EMI制御技術
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PCBボード設計におけるEMC/EMI制御技術

2022-03-01
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Author:pcb

デジタル回路におけるEM私制御技術について PCBボード デザイン. ICデバイスインテグレーションの改善, 装置の小型化とデバイスの高速化, 電子製品のEMI問題も深刻である. システム機器の観点から/EMIデザイン, EMCを扱う/におけるEMI問題 PCBボード 装置の設計段階は、システム機器が電磁両立性基準に適合する効果的かつ費用対効果の高い手段である.

1. Principles of EMI generation and suppression
EMI arises from sources of electromagnetic interference that transfer energy to sensitive systems through coupling paths. それは3つの基本的な形を含んでいます, 宇宙放射, または近接場を介した結合. EMIの危険性は、送信信号の品質を低下させることである, 回路または器材への干渉または損傷さえ引き起こす, 機器が電磁両立性規格で規定された技術的指標要件を満たすことができないように. emiを抑制するために, デジタル回路のEMI設計は以下の原則に従って実行されるべきである/EMI技術仕様, 指標は単一のボード回路に分解され、段階的に制御される. EMIの3つの要素から, それで, 干渉源, エネルギー結合経路と高感度システム, 回路は平坦な周波数応答を有し、回路の正常で安定した動作を保証するように制御される. 装置のフロントエンド設計から始める, EMCに注意を払う/EMIデザイン, と設計コストを削減.

PCBボード

2. ディジタル回路のEMI制御技術 PCBボード
様々な形式のEMIを扱うとき, 特定の問題を分析しなければならない. に PCBボード ディジタル回路の設計, EMI制御は以下の局面から行うことができる.

2.1 Device Selection
EMIデザイン, 考慮すべき第一のものは選択された装置の速度である. デバイスを2 nsの装置で5 nsの立上り時間で置き換える回路.5 nsの上昇時間は、約4の要因でEMIを増加させるでしょう. EMIの放射強度は周波数の2乗に比例する, と EMI frequency (fknee) is also called the EMI emission bandwidth, これは信号周波数よりむしろ信号立ち上がり時間の関数である.35/Tr (where Tr is the signal rise time of the device) . このタイプの放射EMIの周波数範囲は30 MHz〜数GHzである, この周波数帯, 波長は、回路基板上の非常に短い配線さえ、送信アンテナとなることができるほど短い. EMIが高いとき, 回路は正常な機能を失う傾向がある. したがって, デバイス選択に関して, 回路性能要求を保証する前提について, 可能な限り低速チップを使用すべきである, 適切な運転/受信回路. 加えて, デバイスのリードピンは寄生インダクタンスおよび寄生容量を有するので, 高速設計, デバイス実装形態がシグナルに与える影響は無視できない, それがEMI放射線のための重要な要因でもあるので. 一般に, SMDデバイスの寄生パラメータは、プラグインデバイスの寄生パラメータよりも小さい, また,bgaパッケージの寄生パラメータはqfpパッケージのそれより小さい.

2.2 Connector selection and signal terminal definition
Connector is the key link of high-speed signal transmission, そして、それはEMIの傾向が弱い弱いリンクです. コネクタの端子設計, より接地ピンは、信号とグランドとの間の距離を減少させるように配置することができる, コネクタの放射線を発生する有効信号ループ領域を減らす, そして、低インピーダンス復帰経路を提供する. 必要なら, いくつかのキー信号を接地ピンで分離することを検討する.

2.3 Laminate Design
Under the premise of cost permitting, 接地層の数を増加させ、接地層層の隣に信号層を配置することにより、EMI放射線を減少させることができる. 高速に PCBボードs, 電源プレーンおよび接地プレーンは、電源インピーダンスを減らすために近接して連結される, EMIを減らす.

2.4 Layout
According to the signal current flow, 合理的なレイアウトは信号間の干渉を減らすことができる. 適切なレイアウトは、EMI. レイアウトの基本原則は、アナログ信号がデジタル信号からの干渉を受けやすい, そして、アナログ回路はデジタル回路から切り離されなければならないクロックラインは、干渉と放射線の主な源です, それで、それは敏感な回路から遠ざけられて、時計跡を短くしておくべきです;電力損失回路は、基板の中央領域では、できるだけ回避すべきである, そして、同時に放熱と放射線の影響を考慮すべきであるコネクタは、可能な限り、基板の一方の側に配置する必要があります, そして、離れて高周波回路から;入力/出力回路は対応するコネクタに近い, そして、デカップリングコンデンサは対応する電源ピンに近い電力分割のためのレイアウトの実現可能性を完全に考慮する, multi-power devices should be placed across the boundary of 権力 division area to effectively reduce the impact of plane division on EMI; the return plane (path) is not divided.

2.5 Wiring
Impedance control: High-speed signal lines exhibit the characteristics of transmission lines, そして、信号反射を避けるためにインピーダンス制御が必要である, オーバーシュートとリンギング, EMI放射線を減らす.
信号を分類する, and separate the interference source from the sensitive system as much as possible according to the EMI radiation intensity and sensitivity of different signals (analog signal, クロック信号, I/シグナル, バス, 電源, etc.) to reduce coupling. 厳密にトレース長を制御する, バイア数, クロス分割, 終了, ルーティング層, 戻りパス, etc. of clock signals (especially high-speed clock signals).
シグナルループ, それで, 信号が流れ込む信号によって形成されるループ, EMIコントロールのキーです PCBボード 配線の間に設計しなければならない. 各キー信号のフロー方向を理解するには, 戻りパスに近いキー信号をルート領域を確保する. 低周波信号用, 抵抗のパスを通って電流を流す高周波信号用, インダクタの経路を通って高周波電流を流す, 抵抗でない. 微分モード放射, the EMI radiation intensity (E) is proportional to the current, 現在のループの面積, と周波数の2乗. (where I is the current, Aループ領域, 周波数はf, Rはループの中心までの距離です, そしてKは定数.) Therefore, インダクタリターンパスが信号線のすぐ下にあるとき, 電流ループ面積を低減することができる, これにより、EMI放射エネルギーを低減する. 臨界信号は、分割された領域. 高速差動信号トレースは、可能な限り緊密に結合されるべきである. ストリップを確認してください, マイクロストリップ線路, そして、それらの基準面は要件を満たします. デカップリングコンデンサのリード線は短くなければならない. すべての信号トレースをできるだけ遠くからボードの端から維持する必要があります. 多点接続ネットワーク, 信号反射を低減し,EMI放出を低減するために適切なトポロジーを選択する.

2.6 Split Processing of Power Plane
For the division of the power supply layer, つのサブ電源が主電源面上にあるとき, 各電源供給エリアと十分な銅箔幅の連続性を確保する. 分割線は広すぎる必要はありません, 一般的にギャップ放射線を減らすために20~50マイルの線幅. 地面層の分割のために, グランドプレーン層の整合性は、分割を避けるために維持されるべきである. 分割しなければならない, デジタルグラウンドを識別する, アナロググランドとノイズグランド, そして、アウトレットで共通のグラウンドポイントを通してそれを外部の地面に接続してください. 電源のフリンジ放射を減らすために, the power/接地面は20 H設計原理に従うべきである, それで, グランドプレーンのサイズは、パワープレーン20のサイズより20 H大きい, フリンジ場放射強度を70 %低減することができる.

3. Other control methods for EMI
3.1 Power System Design
Design a low impedance power system to ensure that the impedance of the power distribution system in the sub-fknee frequency range is lower than the target impedance. 干渉を制御するためにフィルタを使う. 電源デカップリング. In EMI design, 適切なデカップリングコンデンサを提供することにより、チップ作業を確実にすることができる, そして、電源の高周波ノイズを減らす, EMI低減. ワイヤインダクタンス及び他の寄生パラメータの影響により, 電源と供給線は応答が遅い, これは、高速回路では、ドライバによって必要な瞬時電流を. 電源層のバイパスまたはデカップリングコンデンサおよび分散キャパシタンスの合理的な設計は、電源が応答する前にコンデンサのエネルギー蓄積効果を利用することによって、デバイスに電流を迅速に供給することができる. 適切な容量性デカップリングは低インピーダンス電力経路を提供する, 共通モードEMIを減らす鍵です.

3.2 Grounding
Grounding design is the key to reducing the EMI of the whole board. シングルポイント接地を使用してください, 多点接地または混合接地. デジタルグラウンド, アナロググラウンド, とノイズグランドを分離する必要があります, 適切な共通接地点を決定する必要があります. 両面配線に接地線層がない場合, 接地線グリッドを合理的に設計することは非常に重要である, and the width of the ground wire > the width of the power wire > the width of the signal wire should be ensured. また、大面積舗装方法を使用することもできる, しかし、同じ層上の大面積グラウンドの連続性は、よりよい. 多層基板設計, 共通接地インピーダンスを低減するためにグランドプレーン層があることを保証する.

3.3 Damping resistor in series
Under the premise that the circuit timing requirements allow, 干渉源を抑制する基本技術は、キー信号出力端に小さな抵抗値を直列に挿入することである, 通常、22から33. 出力端子の小さな抵抗器の直列接続は上昇を遅くすることができる/フォールタイムとオーバーシュートとアンダーシュート信号を滑らかにする, これにより、出力波形の高周波高調波振幅を低減し、効果的にEMIを抑制する.

3.4 Shield
Critical components can use EMI shielding material or shielding mesh. キー信号の遮蔽は、ストリップラインとして設計されたり、キー信号の両側に接地線によって分離されたりすることができる.

3.5 Spread Spectrum
Spread spectrum (spread spectrum) method is a new effective method to reduce EMI. スペクトル拡散は、信号エネルギーを比較的広い周波数範囲に拡大するように変調することである. 効果的に, この方法はクロック信号の制御された変調である, クロック信号のジッタを大きく増加させない. 実用的な応用は、スペクトル拡散技術が有効であることを証明した, 排出量を7から20 dB減らす.

3.6 EMI Analysis and Testing
Simulation analysis: After the PCBボード 配線完了, EMCシミュレーションソフトウェアとシステムは、EMCをシミュレートするためにシミュレーション解析に使用することができる/製品が関連電磁適合規格の要件を満たしているかどうかを評価するEMI環境. 走査試験, アセンブリと電源の後にマシンディスクをスキャンする電磁放射スキャナを使用します, そして、電磁界分布図を取得する PCBボード,と改善 PCBボード テスト結果による.

4. Summary
With the continuous development and application of new high-speed chips, 信号周波数が高くなってきている, and the PCBボード彼らを運ぶsは、より小さくてより小さくなるかもしれません. PCBボード デザインはより厳しいEMI挑戦に直面する. 唯一の連続探査と革新によって/EMIデザイン PCBボード 成功する.