הבנה של התנהגות מול רדיated EMI וכיצד ל Mitigate Them

הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) היא מציאות בלתי נמנעת במערכות אלקטרוניות מודרניות.כפי שהמכשירים מתכווץ ומהירויות השעון, הסביבה האלקטרומגנטית הופכת להיות צפופה יותר, מה שהופך את ההפרעה העיקרית של ביצועים ואמינות. מהנדסים חייבים להבין את שני הסוגים הבסיסיים של EMI - עריכת ורדיונית - כדי לעצב אסטרטגיות מייגנציה יעילות.כל סוג עוקב אחר נתיב שידור שונה, דורש טכניקות מדידה, ודורשות שיטות דיכוי מותאמות.

מה עובר EMI?

EMI הוא אנרגיה אלקטרומגנטית לא רצויה שמאגדת לאורך המוליכים הפיזיים כגון כבלי חשמל, חוטי אות או מטוסים קרקעיים.זה מתבטא כזרמים רעש או מתחים על אותות חשמליים המיועדים.מוליכים EMI יכול לבוא בתוך מכשיר וטיול החוצה (הרשה) או להיכנס למכשיר ממקור חיצוני (יכולת) כי הוא נוסע דרך נתיבים מתכתיים, אשר מבוצעת על ידי EMI בדרך כלל קל יותר לאתר המקבילה שלו.

מקורות של EMI

מקורות משותפים כוללים החלפת אספקת חשמל, DC-DC ממירים, oscillators שעון דיגיטלי, כונן מוטורי וכל מעגל עם זרמים משתנים במהירות (הדברים הגבוהים / המשתנים) לייצר נזקי קידוד גבוה שיכולים להתחבר לרשת חלוקת החשמל.אפילו מרכיבים שפירים לכאורה כמו ריצות כבל ארוכות בין לוחות יכולים לפעול כמו אנטנה לא מכוונת עבור רעש.

טווח תדירות ו מצבי קופלינג

EMI מנוהל בדרך כלל נחשב דומיננטי מתחת 30 MHz, אם כי הגבול התדירות המדויק תלוי בסטנדרט הרגולטורי (למשל, CISPR 11, CISPR 25, FCC חלק 15) הרעש יכול להיות מסווג עוד יותר לשתי מצבי הפיכה:

  • (ב) ⁇ :0 (Common-mode) (CM): ⁇ 1 ⁇ ⁇ ( Noise) המופיע באותה מידה בשני המוליכים ביחס לקרקע. , זרמי Common-mode מופיעים לעתים קרובות מהפיכה קמצית בין מעגלים לבין כאסאסה או ממכשולים לא מאוזנים. CM הוא בעייתי במיוחד משום שהוא יכול להמיר את פליטות בתדרים גבוהים יותר.
  • (FLT:0)DM: ההרחבה (DM): Noise) קיים בין שני המוליכים של מעגל.DM רעש הוא תוצאה של ניתוח מעגלים רגיל, כגון קרוע מ הרגולטור מעבר.קל יותר לסנן מאשר רעש CM אבל עדיין יכול לגרום להפרעות אם לא מנוהל כראוי.

מדדים של EMI

פליטות מותאמות נמדדות באמצעות רשת ייצוב של קו (LISN) LISN מציג חוסר עכבות מוגדר (בדרך כלל 50 μH + 50 ⁇ ) לציוד תחת בדיקה (EUT) על פני טווח הריבית (בדרך כלל 150 k עד 30 MHz עבור רוב הסטנדרטים המסחריים).זה גם מבודד את האיחוד האירופיT מהחשמל הראשי, ומבטיח כי מדידות זה רק כדי לנתח את ה-AFIS).

מה זה רדיated EMI?

רדיated EMI הוא אנרגיה אלקטרומגנטית שמאגדת בחלל חופשי כמו גלי רדיו, מבלי לדרוש מנצח פיזי.זה קורנת מהסגרה של המכשיר, כבלים, עקבות PCB, או חיוט פנימי. כי שדות רדיואקטיביים יכולים להשפיע על ציוד סמוך במרחקים ניכרים, צורה זו של התערבות מוסדרת בקפידה על ידי סטנדרטים כגון CISPR 32, FCC 15, ו-550.

מקורות: Radiated EMI

תורמים מרכזיים כוללים אוטובוסים דיגיטליים מהירים (USB, HDMI, PCIe), קווי שעון, הקצוות המהירים של מעבר טרנזירים, וכבלים ארוכים הפועלים כאנטנות לא מכוונת.כל מנצח הנושא זרם זמן-מה, פולט שדה אלקטרומגנטי.יעילות הקרינה תלויה באזור הלולאה של הנתיב הנוכחי, זמן העלייה של האות האנטנה, הגיאומטריה היחסית למטוסים הקדמיים, למשל כבל גבוה יכול להיות מחובר לשורה גבוהה.

טווח תדירות וסוגי שדה

RED EMI הוא משמעותי ביותר מעל 30 MHz, למרות שזה יכול להתרחש בתדרים נמוכים יותר אם המקור גדול מספיק. פליטות מאופיין על ידי שדות חשמליים (E-field) ושדות מגנטיים (H-field) ליד שדה מדידות (עם אורך גל של המקור) לחשוף חומרים אלקטרוניים נפרדים H-field, בעוד המדידות רחוק לטפל בהם כגל.

מדדים של RAIED EMI

פליטות רדיפות נמדדות באמצעות אנאנטנות הממוקמות במרחק מוגדר (בעיקר 3 מ', 10 מ', או 30 מ') מהאיחוד האירופיT בתוך תא אנטנה או באתר פתוח (OATS) אנטנות שונות מכסה להקות תדר שונות: מדדי ביניים (R2-300-RHz), חומר-קולי (300 M-1GHz), ואנטנות (aboS) קיבולת מדויקת ל-CLCI) מבוצעת, כלומר, יש לבצע בדיקה מדויקת ל-RIQ2, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, 16.

הבדלים מרכזיים בין התנהגות ורדיפת EMI

בעוד שני סוגים של ביצועי מערכת EMI degrade, הם שונים באופן יסודי כיצד הם מפיץ, איך הם נמדדים, וכיצד הם נשלטים.השולחן מתחת לסכמת את ההבחנות העיקריות.

Characteristic Conducted EMI Radiated EMI
Transmission path Cables, wires, power lines, ground conductors Free space as electromagnetic waves
Dominant frequency range 150 kHz – 30 MHz (typical commercial limits) 30 MHz – 1 GHz and above
Primary measurement instrument LISN + spectrum analyzer / EMI receiver Antenna + spectrum analyzer / EMI receiver
Test environment Shielded room (but not always required) Anechoic chamber or open-area test site
Primary mitigation technique Filters, ferrites, proper grounding, cable layout Shielding, PCB layout optimization, absorbers
Coupling mechanism Ohmic conduction through conductors Electric and magnetic field coupling

הבדלים אלה מנחים את הבחירה של אסטרטגיות הקטנת.לדוגמה, מסנן קו חשמל שעובד טוב עבור פליטות שבוצעו עשוי להיות השפעה מועטה על אותו רעש אם הוא קורנל ממגן כבל. ולהיפך, מתחם מתכת שחוסם פליטות קרינה לא ידכא רעש שכבר קיים על חוטי חשמל.

אסטרטגיות להובלת EMI

הפחתת EMI התנהלה דורש תשומת לב למקור הרעש וגם לנתיב הקידום.הטכניקות הבאות מוכחות בעיצובי ייצור.

סינון

הגישה הישירה ביותר היא להכניס מסנן נמוך על המנצח המושפע. עבור רעש משותף, להשתמש חנקות משותף-מודד (CMCs) עם אימפולס גבוה על טווח התדירות של עניין. עבור רעש שונה-מומדי, להשתמש מסנני LC (inductor + capacitor) או ⁇ -filters.

עיצוב מסנן מעשי צריך לקחת בחשבון מקור ועומס מכשולים. a mismatch בין עכבות סינון ועיגול יכול להפחית יעילות מסנן.לדוגמה, חנק משותף עובד הכי טוב כאשר המקור ועומס הם נמוך (נמוך כמה מאות אומס).

ריצוף ו-Beling

ריצוף נכון הוא חיוני כדי למנוע לולאות קרקע ולספק נתיב החזרה נמוך לזרמים רעשים. השתמש בטופולוגיה מבוססת כוכבים עבור מעגלים אנלוגיים בתדר נמוך, אבל מטוס קרקע מוצק מעדיף עיצובים דיגיטליים גבוהים ו ⁇ .וודא כי כל חיבורי הקרקע יש אינדוקציוניות מינימליות על ידי שימוש בעקבות רחבות, מרובות באמצעות שימוש, ולהימנע מחוטים ארוכים, דקים.

עיצוב כבל

כבלי זוג מעופים יעילים בביטול רעש שונה כי השדות המגנטיים מכל מנצח מבטלים בשדה הרחוק.עבור דחייה משותפת, להשתמש בכבלים מוגנים עם מגן המוגן המוגן בשני הקצוות (אם המגן נועד להיות החזרה נמוכה-סרפס) או בקצה אחד (על מנת להימנע מלוויות קרקעיות).

אופטימיזציה של PCBout Optimization

החלטות ליילוט שהתקבלו מוקדם בעיצוב יכול להפחית באופן דרמטי רעש . שמור לולאות ארוכות פיזית קטן ונפרד מנתיבי אותות נמוכים רגישים ברמה נמוכה. השתמש בכוח ייעודי ומטוסי קרקע כדי למזער את החדירה. Place decoupling capacitors קרוב ככל האפשר לתנודות הכוח של IC, עם עקבות קצרות למטוס הקרקע.מנע מריצה של עקבות מקבילות ארוכות שיכולות בין מעגלים לשילוב, לשימוש אנלוגי, ורק בתנאי הכוח הדיגיטלי, ורק בתנאי ה-ה בנפרד.

אסטרטגיות ל-Ricigation EMI

רדיated EMI mitigation מתמקדת למנוע את המכשיר מלהיות אנטנה יעילה.שלוש גישות עיקריות הן מגן, עיצוב הפריסה, והשימוש בחומרים absorptive.

מגן מגן

הפחתת המעגל בדיור מתכתי התנהגותי היא הדרך היעילה ביותר לחסום פליטות קורנות.יעילות מגן (SE) תלויה מוליכות חומרית, עובי, ואת נוכחות של apertures. עבור שדות חשמליים, שכבת התנהגות דקה (למשל, אלומיניום) מספקת גבוה SE כי השדה משקף את פני השטח המוליכים.

להבנה עמוקה יותר של מושגים מגנים, (FLT:0) במדריך מגזין Compliance ל-EMC המגן חומרים FLT:1 מציע קריטריונים מעשיים של בחירה.

המונחים: אנטנה duction

מינילאה באזורים במסלולי אות מהירים היא הכלל העיקרי.כל לולאה נוכחית על פועל PCB כאנטנה קטנה לולאה - השדה המוקרן הוא פרופורציה לאזור הלולאה.שימוש במטוסי קרקע מוצקים ישירות מתחת לשכבות אותות מקטין את אזור הלולאה על ידי מתן כרטיס שעון קריטי כביש על פני קרקע רציפה, להימנע ממילוי המטוס הקרקע, ולהשתמש במיקרוסקופ או קו ג'מסטרים עבור שליטה 1F.

טכניקה נוספת היא להאט את שערי הקצה בכל מקום אפשרי. אותות שעון רבים יכולים לסבול ניגודי סדרה (למשל, 22–33 ⁇ ) ממוקם ליד הנהג לחסן טבעת ולהפחית הרמוניות גבוהות.עבור קווים I/O היוצאים מה- PCB, השתמש ferrite beads או מסננים נפוצים על ידי חיבור כדי למנוע הפיכה לכבלים חיצוניים, אשר לאחר מכן קורנים כבלים.

המונחים: Radiated EMI

בעוד סינון הוא נפוץ יותר עם רעש , זה גם עוזר קורנת פליטות כאשר מיושם בממשקים ברמת לוח.פלינג להאכיל באמצעות capacitors על כל אותות וקווי חשמל כי היציאה מן המתחם יוצרת מסנן נמוך כי אטמומים אנרגיה גבוהה ספארי לפני שהוא יכול זוג לכבלים או את המתחם.

חומרים פולשים

כאשר מגן מבוסס השתקפות הוא לא מעשי בשל משקל או עלות, חומרים אבסטוריים יכול לחסן אנרגיה מקרינה על ידי המרת זה חום. קולטנים נפוצים כוללים אריחים מפרטים (שימושיים עבור שדות מגנטיים נמוכים עד 100 MHz), קצף פחמן-מיושב (עבור תדרים גבוהים יותר), ומדורגים היברידיים אלה הם לעתים קרובות בתוך תרכובת סביב מרכיב רועש או מפוסק כמו מכווץ במיוחד עבור ממתכת יעילה.

גישה הוליסטית ל EMI Mitigation

עיצובים בעולם האמיתי רק לעתים רחוקות נערכו או רק בעיות קורנות. הרגולטור של מעבר רועש יפיק רעש מתמשך על קווי הכוח קלט שלו ורדיו רעש מהממריץ שלו ועקבות שלו.לכן, אסטרטגיה מוצלחת של EMI חייבת לטפל בו זמנית.הפרקים הבאים משולבים ורדיו הפחתה לתוך זרם עיצוב קוהרנטי:

  • (FLT:0) עיצוב עבור תאימות מההתחלה:FLT:1 ,זהה מקורות רעש סביר (גבוה di / Dt, גבוה dv / Dt) במהלך עיצוב ברמה בלוק. בחר רכיבים עם פחות הרמוניות בתדר, כגון oscillators ספקטרום התפשטות או רגולטורים מכופים רך.
  • (FLT:0)Use pre-compliance test: קיד 1) ביצוע המדידות שבוצעו ורדיודות מוקדם עם LISN ו- Near-field חקירות יכול לחסוך חודשים של ערכת בדיקה חוזרת. A ליד שדה (H-field ו- E-field) מסייע לאתר כתמים חמים על ה- PCB לפני בדיקות תאים רשמיים.
  • (FLT:0) כלי סימולציה של המעסיק:0.10.1 תוכנת סימולציה EM (למשל, Keysight ADS, CST, או ANSYS HFSS) מאפשרת למעצבים לערעור סוללות, מעקב אחר זעזועים ואפקטים סגורים לפני בניית אבטיפוס.זה בעל ערך במיוחד עבור רדיו EMI, שבו שינויים הפריסה יש השפעות עצומות.
  • (FLT:0)Document and Iterate: FIRLT:1) לשמור תיעוד של אמצעי הפחתה ויעילותם. שינוי אשר מפחית רעשים שבוצעו עשוי להגדיל את הרעש הרדיפת (למשל, הוספת קיבול גדול שיוצר לולאה חדשה). תיעוד שיטתי עוזר איזון בין הבורסות.

עבור סקירה מקיפה של הנדסת EMI מבחירת רכיב לבדיקות סופיות, אתר האינטרנט של תקנים FLT:0EMC תקנים תקנים ,FLT:1 מספק שפע של משאבים חופשיים על דרישות רגולטוריות ושיטות הטובות ביותר.

מסקנה

מנוהל ורדיו EMI מציג אתגרים נפרדים בעיצוב מערכת אלקטרונית.התנהלות EMI מסעות דרך חוטים וקל יותר לסנן עם חנק, capacitors, וקרקע נאותה. רדיated EMI propagates דרך החלל ודורש הגנה, פריסה זהירה, ו absorptive חומרים כדי לדכא.שניים לעתים קרובות coexist; מעגל אחד יכול לייצר שני סוגים על ידי הבנה, שיטות מדידה, מדידה יעילה, טכניקות עיצובית כדי לפתח בדיקה מתקדמת יותר ויותר.