PCB Блог - техника управления EMI при проектировании цифровых схем печатных плат

1.Принцип генерации и подавления электромагнитных помех

ЭМИ в печатных плат дизайн вызван источниками электромагнитных помех, которые передают энергию чувствительным системам через пути связи. Она состоит из трех основных форм: проводниковая проводимость или государственная проводимость воздействия, космическая радиация или связь через ближнее поле. Электромагнитные помехи связаны со снижением качества потенциального сигнала, вызывая помехи или даже повреждение цепи или оборудования.
Для подавления электромагнитных помех проектирование электромагнитных помех цифровых схем должно осуществляться по следующим принципам:
1.1 по профилю технических спецификаций EMC/EMI, описание индикатора на однопанельный контур, управление слоями.
1.управление обнаруженными явлениями ЭМИ, а именно источник помех, энергетический тракт связи и чувствительная система, проявляющую плавную и устойчивую работу схемы.
1.три. начать с проектирования передней части оборудования, обратить внимание на конструкцию EMC/EMI и снизить стоимость проектирования.

2. Технология управления электромагнитными помехами цифровой цепи печатных плат При работе с различными формами ЭМИ необходимо выявление возникновения вопросов. при проектировании печатных плат - цифровых схем, контроль электромагнитных помех может осуществляться по следующим аспектам.
2.1 Выбор устройства
Проект EMI, всего необходимо выбрать скорость выбора оборудования в первую очередь. Любая схема, заменяющая устройство с временем нарастания 5 нс на устройство с временем нарастания 2,5 нс, увеличивает электромагнитные помехи примерно в 4 раза. Интенсивность излучения электромагнитных помех пропорциональна квадрату частоты, которая является функцией времени нарастания сигнала, а не частоты сигнала: fknee =0,35/Tr (где Tr — время нарастания сигнала Устройство). диапазон частот EMI колеблется от три0 МГц до нескольких ггц, и в этой полосе частот длина волны чрезвычайно короткая, что даже очень короткая проводка на плате может стать передней антенной. Когда электромагнитные помехи высоки, цепь легко проявляет нормальную функцию. Следовательно, выбор устройства, исходя из требований к характеристикам схемы, необходимо использовать как можно больше низкоскоростных микросхем, должны использоваться соответствующие схемы приема/вождения. Кроме того, поскольку выводы прибора имеют паразитную индуктивность и паразитную емкость, при быстром проектировании нельзя не учитывать влияние формы корпуса прибора на сигнал, поскольку она также является важным фактором, вызывающим ЭМИ-излучение. В целом, паразитные параметры в значениях SMD меньше, чем в встроенном значении, а паразитные параметры корпусов BGA меньше, чем у корпусов QFP.

2.2 Выбор разъема и определение сигнальной клеммы
Соединитель является ключевым звеном высокоскоростной передачи сигнала, также является следствием звеном, способным производить электромагнитные помехи. В концевой конструкции соединителя можно установить большее рассмотрение пятерки, чтобы уменьшить расстояние между сигналом и землей, уменьшить эффективную площадь сигнального контура, генерирующего излучение в соединителе, путь прохождения с малым сопротивлением. В случае необходимости рассмотрите возможность изоляции некоторых ключевых сигналов с помощью заземляющих контактов.

2.3 Дизайн ламината
Если позволяет стоимость, увеличение количества примыкающих пластов и постановка сигнального слоя рядом с ними могут уменьшить выбросы EMI. Для высокоскоростных печатных плат питание тесно связано с пластом, чтобы снизить сопротивление источника, тем самым уменьшая электромагнитные помехи.

2.4 Макет
В зависимости от протекания сигнала возможная схема может уменьшить помехи между сигналами. Правильная компоновка является ключом к контролю электромагнитных помех. Основными принципами компоновки являются:
(1) Аналоговому сигналу легко мешает цифровой сигнал, и аналоговая схема должна быть отделена от цифровой схемы;
(2) Линия синхронизации является основным источником помех и излучения, поэтому держите ее подальше от чувствительных цепей и держите линию синхронизации короткой;
(3) Следует избегать, насколько это возможно, цепей с высоким потреблением тока и высокой мощности в центральной части платы, и в то же время следует учитывать влияние рассеивания тепла и излучения;
(4) Разъемы должны располагаться на одной стороне платы как можно дальше от высокочастотных цепей;
(5) Входная/выходная цепь близка к стыку, а питание развязывающего конденсатора близка к соответствующему выводу;
(6) Полностью рассмотреть возможность компоновки для разделения мощности, и устройства с несколькими источниками питания должны быть размещены поперек границы зоны разделения мощности, чтобы эффективно уменьшить влияние разделения плоскости на электромагнитные помехи;
(7) Плоскость оплавления (путь) не разделена.

2.5 Электропроводка
(1) Контроль импеданса: Высокоскоростные сигнальные линии будут демонстрировать характеристики линий передачи, и контроль импеданса необходим для предотвращения отражения сигнала, перерасхода и вызова и уменьшения излучения электромагнитных помех.
(2) Классифицировать сигналы по интенсивности излучения ЭМП и чувствительности различных сигналов (аналоговый сигнал, тактовый сигнал, сигнал ввода-вывода, шина, источник питания и т. д.), максимально отделить источник помех от чувствительной системы. по возможности уменьшить сцепление.
(3) Строго контролировать длину трассы, количество переходов, перекрестный раздел, окончания, монтажный слой, обратный путь и т. д. тактовых сигналов (особенно высокоскоростных тактовых сигналов).
(4) Сигнальная петля То есть, петля, образованная выходным сигналом и входящим сигналом, является ключом к управлению электромагнитными помехами при проектировании печатной платы, который должен контролироваться в процессе монтажа. поймать направление каждого ключевого сигнала, направить ключевой сигнал близко к обратному пути, чтобы обеспечить его зону зацикливания. низкочастотный сигнал, заставляющий ток протекать по пути резистора; для высокочастотных сигналов, канал токов высокой частоты, а не путь резистора. дифференциальное излучение, интенсивность излучения ЭМИ (Е) пропорциональна току, площадь электрического контура, квадрат частоты. (где I - ток, A - площадь контура, F - частота, r - расстояние до центра контура, K - константа.) Так, когда обратный путь индуктора находится чуть ниже сигнального проводника, можно уменьшить площадь контура. тока, Таким образом, уменьшение расчетной энергии EMI. Критические сигналы не должны пересекать сегментированную область. линия высокоскоростных сигналов разности сигналов должна быть как можно более интенсивной. Убедитесь, что полосковые линии, микрополосная линия и их опорные плоскости соответствуют требованиям. вывод развязывающего конденсатора должен быть величиной и величиной. Все сигнальные дорожки должны располагаться как можно дальше от края платы. многоточечная сеть, выберите подходящую топологию для уменьшения отражений сигнала и уменьшения электромагнитных помех.

2.6 Раздельная обработка Power Plane
(1) Разделение уровня источника питания
При наличии одного или нескольких вспомогательных источников питания на плоскости основного источника питания требуется наличие в области питания и достаточной пропускной способности медной фольги. Разделительная линия не должна быть слишком широкой, обычно достаточно линии 20 - 50 мм, чтобы уменьшить радиацию зазора.
(2) Разделение грунтового слоя
Слой заземления должен оставаться неповрежденным, чтобы избежать фрагментации. Если необходимо разделить пол с разделением чисел, аналоговую землю и шумовую землю, подключение к выявлению через раскрытие обнаружения на розетке. чтобы уменьшить радиацию края источника, мощность/план должен следовать применению 20-часового проектирования, То есть, размер плоскости заземления на 20H больше размера плоскости питания, уменьшение радиационной прочности края на 70%.

3. Другие методы контроля электромагнитных помех
3.1 Проект энергосистемы
(1) Разработайте систему питания с низким импедансом, чтобы гарантировать, что импеданс системы распределения электроэнергии в диапазоне частот ниже fknee будет ниже целевого импеданса.
(2) Используйте фильтр для контроля кондуктивных помех.
(3) Развязка источника питания. В конструкции EMI использование разумных развязывающих конденсаторов может обеспечить надежную работу микросхемы, снижение высокочастотных шумов в питании, снижение EMI. из - за исследования паразитных параметров, медленное явление и источник его проводов, которые могут сделать мгновенный ток, требуемый драйвером в высокоскоростной цепи, недостаточным. емкость распределения байпасных или развязывающих конденсаторов, а также слой питания, который может использоваться для устройств быстрого электроснабжения, прежде чем реагировать на питание, с использованием эффекта накопления конденсатора. Адекватная емкостная развязка может иметь путь малой мощности сопротивления, что является ключом к снижению синфазных электромагнитных помех.

3.2 Заземление
Конструкция заземления является ключом к снижению электромагнитных помех всей платы.
(1) Обязательно используйте одноточечное заземление, многоточечное заземление или смешанное заземление.
(2) Раздельное цифровое заземление, аналоговое заземление и шумовое заземление и определение подходящего места для общественных соединений.
(3) При отсутствии слоя грозозащитного троса в двухсторонней конструкции очень важно естественно спроектировать заземляющую сеть, а ширина грозозащитного троса, ширина линии питания и ширина сигнального провода должны быть гарантированы. можно также использовать способ мощения дорог большой площади, однако следует отметить, что преемственность на одном и том же большом участке земли лучше.
(4) Для многослойной конструкции платы наличие пласта для повсеместного распространения.

3.3 Последовательно демпфирующий резистор
При условии, что требования по синхронизации схемы позволяют, основная технология подавления помех верна последовательному включению малого сопротивления в конце воспроизведения сигнала, обычно 22–33. неуравновешенный сигнал, тем самым уменьшая амплитуду высокочастотной гармоники выходного сигнала и эффективно подавляя электромагнитные помехи.

3.4 Щит
(1) Ключевые устройства могут использовать материал для защиты от электромагнитных помех или экранирующую сетку.
(2) Экранирование сигналов ключей может быть выполнено в виде полосковых линий или изолировано заземляющими проводами с обеих сторон сигналов ключей.

3.5 Расширенный спектр
Метод расширенного спектра (расширенный спектр) — новый эффективный метод снижения электромагнитных помех. расширение частоты - это модуляция сигнала, распространение энергии сигнала на относительно широком диапазоне частот. По сути, это способ управления модуляцией тактильных сигналов, который существенно не увеличивает джиттер тактового сигнала. Практическое применение доказало, что оборудование для повышения частоты эффективно, снижая уровень шума на 7-20 дБ.

3.6 Анализ электромагнитных помех и тестирование
(1) Анализ моделирования. После завершения монтажа панелей на печатную плату, Эмс-эмулятор программного обеспечения и системы могут быть использованы для имитации электромагнитной фольги/EMI-среды для оценки того, соответствует ли продукт требованиям соответствующих стандартов электромагнитной совместимости.
(2) Проверка сканирования: используйте сканер электромагнитного излучения для сканирования диска машины после того, как сборка подключена и включена.

4. Резюме
С непрерывным развитием и применением новых высокоскоростных микросхем, повышение частоты сигнала, их печатная плата может стать все меньше и меньше. Конструкция печатной платы столкнется с более серьезными проблемами электромагнитных помех. только исследования и инновации, Эмк может/EMI проектирование печатных плат успех.