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PCB技術

PCB技術 - ​ビルド低EMC干渉プロトタイプとPCB基板表面コーティング

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PCB技術 - ​ビルド低EMC干渉プロトタイプとPCB基板表面コーティング

​ビルド低EMC干渉プロトタイプとPCB基板表面コーティング

2021-10-19
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Author:Downs

本文はマイクロ波暗室一致性試験の前に低電磁干渉(EMI)試料機を構築する重要なステップを討論し、低放射線回路と事前互換性試験の設計を含む. 事前互換性試験は、3日間電磁場シミュレーションソフトウェアを使用して プリント配線板レイアウト モデルとEMI解析, そしてスペクトル分析器(SA)対を用いてプロトタイプ. 最後に, マイクロ波電波暗室テストを実施して設計を検証する.


回路設計

低放射放射(RE)を確実にするために、回路回路図およびPCBレイアウトを設計するときに、最良の実施経験が適用されなければならない。そして、電源回路のためのフェライト・ビーズを添加すること、USBデータ線、イーサネットおよびEMIをフィルターするために他のシグナルを含む。加えて、電源ループ上の十分な数のデカップリングコンデンサの適切な配置は、配電網のインピーダンスを最小にすることができ、それによって、デジタル負荷によって生成されたノイズリップルの振幅を低減し、放射線のリスクを低減することができる。同時に、スイッチング電源の閉ループ補償ネットワーク設計は、安定した閉ループを達成するために最適化され、電圧出力が制御可能であり、スイッチング雑音リップル振幅を最小にすることができる。減少した雑音リップル振幅はプロトタイプのemiリスクをかなり抑制することができる。


高周波数または高速立上り/立下りエッジ信号のためのPCBトレースは、EMIのリスクを減少させるために連続ループ(例えば、グランドプレーンを参照)を参照しなければならない。トレースは、任意の分割面と穴を通過することはできません。信号がビアを介して層の間で伝送される必要がある場合、少なくとも1つの接地ビアは、受信端から送信端までの信号電流の戻り経路として信号ビアの隣に配置されるべきである。適切な戻りパスがない場合、リターン電流は、PCB内で任意に送信され、電位EMI源となる。

PCBボード

優れた接地方式もEMIを最小化する重要な要因である。すべてのPCB設計は接地ループを回避しなければならない。なぜなら、リターン信号電流が通過するとき、接地ループは放射送信機を形成するからである。広い基準面としてグラウンドを設計することにより,優れた接地方式を構築できる。異なる回路グループ(無線周波数、アナログおよびデジタル回路のような)の接地面は物理的に分離されなければならず、高周波ノイズが回路グループ間で広がるのを防ぐために、回路接続がフェライトビーズを通じて確立されるべきである。


完了後 PCBレイアウト デザイン, シミュレーションは、PCBが製造前に放射線放出のリスクが低いことを保証するためにEMI分析のために実行されるべきである. EMIシミュレーションを省略することはPCBのEMI性能を保証しないかもしれない, と再設計につながる. EMIシミュレーション結果が技術仕様を満たすなら, デザイナーはPCB製造を開始できる, 次に、スペクトルアナライザを使用して、その上の近接場電磁走査を実行する プロトタイプ. EMIシミュレーションと近接場電磁走査のような事前互換性試験は、プロトタイプがより低いEMI. 事前互換性テスト終了後, 試験装置は、無響室で実際のEMIコンプライアンス試験を行うことができる.


シミュレーションEMI解析

PCBレイアウト設計を完了した後、EmPro 2013.07にレイアウトファイルをインポートし、3 D EMIシミュレーションを実行します。差分信号は有限要素法(fem)三次元電磁界シミュレーションのために選択される。三次元電磁場シミュレーションは電磁境界条件とモデルメッシュサイズを設定し,maxwell方程式を解く過程である。シミュレーション結果の精度を確保するためには,基板サイズの8倍以上にする必要があり,グリッド幅は基板幅の1/5以下に設定する必要がある。三次元電磁界を走行するコンピュータは,解析の円滑な進展を保証するために,16g以上の記憶と100 g以上の記憶容量を備えている必要がある。


放出された電磁場を捕らえるために遠いフィールドセンサーをセットして、EmproのEMIシミュレーション・テンプレートを使って遠方の電界放出力を計算してください、そして、周波数領域反応グラフを描くために10 mの距離で電界プローブをセットしてください。次に有限差分時間領域法(fdtd)モードの三次元電磁場シミュレーションを行い,femモードのシミュレーション結果と比較した。

30 MHzの1/2 GHz 1 GHzでの電界強度のシミュレーションダイアグラム(図1)(電界強度の単位はdB=1/4 V、周波数単位はGHz)、放射電力レベル(青色曲線はFEMモードシミュレーション、赤色曲線はFDTDモードシミュレーション)は約45 dB×1/4 fcc最大閾値(緑点線)より低い。


最大電力強度(−66.4 dBm)のピークは400 MHz付近に現れる。近接場センサとしてのコイルは、被試験デバイスから3インチ以内に移動する。30 kHzのスペクトルアナライザ分解能帯域幅は低雑音フロア(−80 dBm)測定を達成することができるので、スパイク(異なる離散周波数の放射)は明らかに見える。プロトタイプがマイクロ波無響室の遠方場(3 mおよび10 m)emiコンプライアンス試験を通過するという信頼性を高めるために,近面積のピーク電力は−65 dbmより低くなければならない。赤色線は、30 MHzから1 GHzの周波数範囲において、CISPR 11クラスA:56 dBの1/4 V未満の最大放射電力レベルを示している。赤い線の下の茶色のカーブは、keysight(以前アグリレント)のEMCガイドラインで指定されたガードバンドを表します。放射波の垂直成分と水平成分はそれぞれ青と緑の曲線で表される。400 mhzと560 mhzの周波数で38 dbの1 . 4 dbと37 dbの1/4 vの2つのピークが出現し,両者は最大しきい値以下であった。


低EMI回路設計及び事前互換性試験(3次元EMIシミュレーション及び近接場電磁走査など)は非常に重要である。彼らは、不必要なPCB再製造を避けることができて、開発コストと時間を節約することができて、電子機器が時間通りに、あるいは、事前に市場に置かれるエレクトロニクスを確実にするためにマイクロ波無響室でEMIコンプライアンステストの時間を短くすることができます。


PCB基板表面被覆

電解Ni / Au:この種のコーティングは最も安定しています、しかし、価格は最高です。

B .イマージョンシルバーボード(イマージョーグAg)は、金メッキコーティングと同じくらい良いです、そして、それはエレクトロマイグレーションと漏出に傾向があります。

c .無電解ニッケル/金板(無電解めっき液,enig)は,浸入金プロセスが不安定であれば,ブラックディスクの製造が容易である。

無電解スズ、鉛フリー浸漬錫はまだ完全に成熟していない。

E .ホットエアー(Sn / Ag / Cuhasl)は、このコーティングの生産プロセスはまだ完全に成熟していません。

f .有機はんだ付け保存(OSP、OrganicSolderabilityPancerment)、この種のコーティングは最も安いです、しかし、パフォーマンスは最悪です。OSPボードを使用する場合は、基板パッド上の保護膜が高温加熱後に損傷し、はんだ付け性が大幅に低下するので、リフローとリフローとウェーブはんだ付けとの間の基板の保管時間に注意を払う。