PCB Блог - Технология управления EMC / EMI при проектировании PCB - панелей

Представлена технология управления EMI при проектировании плат PCB цифровых схем. С улучшением интеграции устройств на ИС, постепенной миниатюризацией оборудования и увеличением скорости устройства, проблемы EMI в электронных продуктах также становятся более серьезными. С точки зрения проектирования EMC / EMI системного оборудования, решение проблем EMC / EMI на этапе проектирования PCB - панели устройства является эффективным и экономичным средством приведения системного оборудования в соответствие со стандартами электромагнитной совместимости. Принцип генерации и подавления электромагнитных помех Источник электромагнитных помех передает энергию чувствительным системам по пути связи. Он включает в себя три основные формы: проводимость через провода или общее заземление, излучение через пространство или связь через ближнее поле. Вред ЭМИ заключается в снижении качества передаваемого сигнала, создании помех или даже повреждении цепи или устройства, что делает устройство неспособным соответствовать техническим показателям, указанным в стандарте электромагнитной совместимости. Для подавления ЭМИ конструкция ЭМИ цифровой схемы должна осуществляться в соответствии со следующими принципами: согласно соответствующим техническим спецификациям ЭМС / ЭМИ индикатор должен быть разбит на одноплатную схему и управляться поэтапно. Управление осуществляется из трех элементов: источника помех EMI, пути энергетической связи и чувствительной системы, что позволяет цепи иметь плоскую частотную реакцию и обеспечивать нормальную и стабильную работу цепи. Начните с дизайна передней части устройства, обратите внимание на дизайн EMC / EMI, чтобы снизить затраты на дизайн.

Технология управления EMI для плат PCB цифровых схем должна анализировать конкретные проблемы при работе с различными формами EMI. При проектировании плат PCB для цифровых схем управление EMI может осуществляться по нескольким аспектам. 2.1 Выбор устройства при проектировании EMI начинается с учета скорости выбранного устройства. Любая схема, которая заменяет устройство с временем подъема 5ns устройством с временем подъема 2.5ns, увеличивает EMI примерно в четыре раза. Интенсивность излучения EMI пропорциональна квадрату частоты, а частота EMI (fknee), также известная как полоса пропускания EMI, является функцией времени подъема сигнала, а не функцией частоты сигнала: fknee = 0,35 / tr (где tr является временем подъема сигнала устройства). Этот тип излучения EMI имеет частотный диапазон от 30 МГц до нескольких ГГц, и в этом диапазоне длина волны очень короткая, и даже очень короткая проводка на монтажной плате может быть передающей антенной. Когда EMI высок, схемы часто теряют нормальную функцию. Поэтому при выборе устройства, при условии обеспечения требований к производительности схемы, следует по возможности использовать низкоскоростные чипы и использовать подходящие приводные / приемные схемы. Кроме того, поскольку вывод устройства имеет паразитную индуктивность и паразитную емкость, в высокоскоростной конструкции нельзя игнорировать влияние формы упаковки устройства на сигнал, поскольку это также важный фактор излучения EMI. Обычно паразитические параметры SMD - устройств меньше, чем у модульных устройств, а паразитические параметры BGA - пакетов меньше, чем у QFP - пакетов. 2.2 Выбор разъема и определение разъема сигнала являются ключевыми звеньями в высокоскоростной передаче сигнала, а также слабыми звеньями, которые легко генерируют EMI. В конструкции клеммы разъема можно разместить больше заземленных выводов, чтобы уменьшить расстояние между сигналом и землей, уменьшить площадь эффективного сигнального кольца, генерирующего излучение в разъеме, и обеспечить путь возвращения с низким сопротивлением. В случае необходимости можно было бы рассмотреть возможность изоляции некоторых ключевых сигналов заземленными выводами. 2.3 Ламинирование конструкции при условии, что это позволит по стоимости, увеличивает количество заземленных слоев и размещает сигнальные слои рядом с заземленными слоями, уменьшая излучение ЭМИ. Для высокоскоростных PCB - панелей, питание и плоскость заземления тесно связаны, чтобы уменьшить сопротивление питания, тем самым уменьшая EMI. Разумная компоновка 2.4 в зависимости от тока сигнала может уменьшить помехи между сигналами. Правильное расположение является ключом к контролю EMI. Основным принципом компоновки является то, что аналоговые сигналы подвержены помехам цифровых сигналов, и аналоговые схемы должны быть отделены от цифровых; Линии часов являются основным источником помех и излучения, поэтому их следует удалять от чувствительных цепей и сохранять короткими; В радиаторных схемах следует по возможности избегать расположения в центральной области пластины с учетом воздействия тепла и излучения; По мере возможности разъемы должны быть расположены на одной стороне панели и вдали от высокочастотных схем; Входная / выходная цепь находится вблизи соответствующего соединителя, а развязывающий конденсатор - вблизи соответствующего источника питания; Полностью учитывая осуществимость компоновки разделения мощности, многомощные устройства должны быть размещены через границы зоны разделения мощности, чтобы эффективно уменьшить влияние плоского разделения на EMI; 2.5 Управление сопротивлением: высокоскоростная сигнальная линия имеет характеристики линии передачи и требует управления сопротивлением, чтобы избежать отражения сигнала, перенапряжения и звонка, уменьшить излучение EMI. Сигнал классифицируется, И в соответствии с интенсивностью и чувствительностью EMI излучения различных сигналов (аналоговые сигналы, часовые сигналы, сигналы I / O, шины, источники питания и т. Д.), насколько это возможно, отделяет источник помех от чувствительной системы, чтобы уменьшить связь. Строго контролируйте длину линии следа часового сигнала (особенно высокоскоростного часового сигнала), количество пробоин, перекрестное разделение, терминал, слой проводки, путь возврата и так далее. Сигнальное кольцо, то есть кольцевое кольцо, где сигнал вытекает из потока сигнала, образуемого входом сигнала, является ключом к управлению EMI при проектировании панели PCB и должно контролироваться при проводке. Чтобы понять направление каждого ключевого сигнала, перенаправьте ключевой сигнал в положение, близкое к пути возвращения, чтобы обеспечить площадь его кольца. Для низкочастотных сигналов ток течет по пути резистора; Для высокочастотных сигналов высокочастотный ток течет через путь индуктора, а не через резистор. Для дифференциального излучения интенсивность излучения EMI (E) пропорциональна квадрату тока, площади контура тока и частоты. (Из них I - ток, A - площадь кольца, f - частота, r - расстояние до центра кольца, k - константа.) Таким образом, когда путь возвращения индуктора находится ровно под линией сигнала, площадь кольца тока может быть уменьшена, что уменьшает энергию излучения EMI. Ключевые сигналы не должны проходить через сегментную зону. Высокоскоростные дифференциальные сигнальные линии должны быть как можно более тесно связаны. Убедитесь, что полоса, микрополоса и ее опорная плоскость соответствуют требованиям. Вывод развязывающего конденсатора должен быть коротким и широким. Все сигнальные линии должны быть как можно дальше от края платы. Для многоточечной соединительной сети выберите подходящую топологическую структуру, чтобы уменьшить отражение сигнала и уменьшить эмиссию EMI. 2.6 Разделение плоскости питания на слои питания, когда на основной плоскости питания есть один или несколько подсистем, непрерывность каждой области питания и достаточная ширина медной фольги должны соответствовать