PCB Tasarımda Elektromanyetik Etkileşimi Anlamak
Elektromanyetik müdahale (EMI) modern elektroniklerde kalıcı bir meydan okumadır. Saat hızları yükselirken, tedarik gerilimleri düşer ve cihazlar küçülür, devreler arasındaki istenmeyen enerji darbe riski büyür. EMI işlevsel başarısızlıklara, veri yolsuzluklarına ve EMI kontrol etmek için en etkili yoldur.Invermiş devreler sırasında eMI değeri olan tek bir EMI konusunun elektromanyetik uyumlulukla ilgili olarak, koruma noktalarına yol açabilir.
EMI iki temel mekanizmadan ortaya çıkıyor: 03.D.D.D.D.D.D.D.D.D., yüksek frekanslı enerji yayılımlarının uzay yoluyla yayılması ve [DDDD:2) tarafından belirlenen emisyonlar[DDDDDDDDDDDDDDDDDD) ile ilgili olarak, kablolar arasında gürültü seyahat eden veya sinyal kabloları içeren bir paket tasarlayan ilk adımdır.
EMI Generation ve Coupling'in temelleri
Radiated ve Emissions
Radiated EMI tipik olarak 30 MHz'in üzerinde hakimdir. PCB izlerini, bileşen yol açar ve kablolar aynı ana veya veri otobüsüne bağlı olarak diğer ekipmanlarını etkileyebilir ve güvenilir sistem kullanımı için kontrol edilmelidir.
Common-Mode vs. Diferansiyel-Mode Gürültü
Diferansiyel-mode gürültü, iki iletken arasında görünen sinyal artı herhangi bir gürültüdür (örneğin, + ve - bir diferansiyel çift). Tam tersine, manyetik alanı iptal etme eğilimindedir. Common-mode gürültü, aksine, her iki iletkenin aynı yönde ilerlediği ve verimli bir şekilde geniş döngü alanları yaratır.
Yakın ve Uzak Bölgeler
Yakın alanda (bir dalga boyun eğerek), baskın darbe mekanizmasının ya elektrikli (kapı) veya manyetik (bölümlü) veya daha büyük mesafelerde (öneme alanı), elektromanyetik dalga yayılımları sabit bir alanla bir düzlem dalgası olarak tahmin eder.Bu ayrım, mühendisler doğru m tekniğini seçmeye yardımcı olur: yakın konular genellikle kaynağa yakın koruyucu veya filtre yerleştirme gerektirir, oysa çok sayıdaki problemler, çok sayıdaki boşluk değişiklikleri veya muhafaza edici tasarıma ihtiyaç duyabilir.
EMI Minimization için PCB Tasarım Stratejileri
Katman Stackup ve Malzeme Seçme
İyi planlı bir yığın, düşük seviyeli bir Ethernet veya Gigabit Ethernet gibi yüksek hızlı arayüzlerin temelidir.En az dört katmanlı bir tahtayı kullanarak, bu zemin düzleme bitişik sinyalleri (above 50 MHz), ve altı katmanlı veya sekiz katmanlı bir yığınlama alanı her sinyal için yüksek hızda arabirimler için, ikinci bir plakayı sürekli bir zemin ayarlama ve zemin düzleme ekleyecek.Bu kombinasyonlar düşük maliyetli bir şekilde bir şekilde geri dönüş yolunu sağlar.
PCB malzemelerini tutarlı bir dielektrik sabit (Dk) ve düşük dağıtım faktörü (Df) ile en aza indirmek için, sinyal kaybı ve skew. Standart FR-4 birkaç GHz'ye kadar birçok uygulama için çalışır, ancak yüksek frekanslı tasarımları Rogers 4000 serisi veya I-Tera gibi laminatlardan yararlanır.
Yerleşme ve Geri Dönüş
Her sinyal akımı kaynağına geri dönmeli. yüksek frekanslarda en az engellenme yolu doğrudan sinyal izlerinin altında, bitişik zemin uçağın altında.Bunu korumak için, 03:0) Zemin eğimini bölmek için) bir sabit köprüyü sürekli olarak korumak için.
Bir sinyal tabakası bir via ile değiştiğinde, geri dönüş akımı da uçaklar arasında geçiş yapmalıdır. Her sinyalin 0,5 mm'si içinde her bir sinyalin altında, büyük bir döngü oluşturmadan geri dönüş uçaklarının değiştirilmesine izin vermek için.Birçok sinyalle otobüsler için, her iki ucunda bir dizi zemin kullanmak, zeminin izlerinin, toprak düzleminde boşlukların veya deliklerin - herhangi bir sonluluk güçleri geri dönüş akımını almak için geri dönün.
Bitirme ve Katılımcılık
PCB'yi işlevsel bloklara girin: analog, dijital, güç ve yüksek frekanslı.En kritik ve gürültülü devreler yerleştirin (örneğin, saat jeneratörleri, anahtarlamalar, radyo transceivers) analog alana yakın olarak, uzun izlerini tutmak için bile sürekli olarak antenler - kapasiteli darbeler hala gürültüyü ve dijital bölümlere enjekte edebilir.
Orient hassas analog bileşenleri gürültülü izlerinin üstüne koyup onları tahta kenarlarından uzak tutabilir ve FPGA'lar gibi çok sayıda teleskopu, her IC'nin gücünü azaltmak için fiziksel olarak mümkün olduğunca kısa sürede depolanabilir.
İz Routing ve Impedance Control
Uçaklar arasındaki iç tabakalarda yüksek hızlı sinyaller (kesinlik konfigürasyonu) mümkün olduğunda, bu her iki taraftan kalkan ve EMI'yi sabit bir şekilde korumak ve köşedeki mevcut yoğunlukları azaltmak için, en az 5 iz genişlikte bir düzlemin tüm taraflara doğru uzanır. 90 derece virajlardan kaçının; 45 derece chamferler veya eğri izlerini kullanarak sabit bir şekilde sabit bir şekilde tutmak için 45 derecelik bir yük kullanın.
Eksi çiftler için (USB, HDMI, Ethernet), 5 mil içinde uzun eşleştirmeyi sürdürüyor ve tüm rota boyunca sürekli olarak aralıksız tutun. - yerine, her iki izi bir araya getirmek ve simetrik virajları kullanın. Bir alan çözücü veya üretici araçları kullanarak fark edin ve izlenecek değerle ve yuvarlanma sağlayın.
“3W” kritik yüksek hızlı izlerinin tutulması: İzni en az üç kez iz genişliğine uzak tutmak. Çok yüksek frekanslı yollar (above 1 GHz), 5W veya hatta 10W havalanmayı düşünün.
Power Dağıtım Ağı (PDN) Design
Zavallı PDN, tüm ilginin düşük olması ve yüksek oranda katkıda bulunan bir EMI. ICs'ten gelen akımları, dağıtım kapasitesinin düşmesine neden oluyor. Daha sonra kablolardan ve ısıtıcılardan ortak-100 μF) yararlanıyor. PDN'yi her IC'de düşük faiz oranıyla tasarlayın: 0.1 km, 0.0 mm ve 1 nF'yi paralel olarak, her bir düzlemde kendi başına bir elektrolitik kapasitörler ekleyin.
IC'nin güç pedinden gelen döngü alanı, kapasitörden ve IC'nin zemin pedine geri dönüldüğü gibi bir şarj cihazı, uzun bir süre boyunca izoperatif veya seramik kapasitör kullanarak, zemindeki tüm tahta seviyesindeki güç girişlerini azaltmak için paralel olarak kullanın.
Shielding ve Filtreleme
Yalnızca EMI'yi yeterince bastıra gerek yok, kalkan hassas devreler veya gürültü kaynakları üzerinde olabilir. Çok yönlü bir yaklaşım kullanın: kalkan, zemin uçağını koruma ayak izi etrafında bir perimeter of vias spaced in intervals of ⁇ /20 (kirada en yüksek endişe frekansının üzerinde durgundur). Örneğin, 1 GHz'de, ⁇ /20 15 mm'de, bu yüzden kalkan ayak izi etrafında 15 mm'den fazla yer.
Kurul I/O konektörler, kablodaki gürültüyü önlemek için 10 mm'de, kablodaki bir şasi ve ayrı filtreler (örneğin, tek bir nokta veya sabit bir köprü ile zemin döngülerini kontrol etmek için kabloyu kullanmak) filtrelenmiş durumda. USB veya Ethernet için bu filtreler, önerilen filtre topolojisi takip etmek için PHY satıcısı tarafından, çoğu zaman bir Bob Smith'in baskısını içerir.
Frekans ve Timing Thinkations
Saat sinyallerinden zirve emisyonlarını azaltmak için kanıtlanmış bir tekniktir.Sistem küçük bir yüzdesi (tipik olarak% 0.5% 2) 30-60 kHz oranıyla, enerji, yüksek çözünürlükte bir geçişle yayılır.Sistem her iki tarafta da toprağa bağlı olarak enable SSC.
Yavaş aşağı kenar oranları mümkün olan birçok EMI problemi, yüksek frekanslı harmonikleri içeren aşırı uçtan gelen hızlı kenarlardan gelir - 100 MHz'den fazla çıkış pimine yakın bir şekilde monte edilebilir ve aşırı ısınır, bu doğal olarak kenarlar için, hız gerekli olduğunda cihazlar daha yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaşlar - 2 n kenar bile 100 MHz'in üzerinde önemli enerji yaratabilir.
Simülasyon ve Ön Değerlendirme Test
Tamamen ilk geçiş prototipleri risklidir. 3D elektromanyetik simülasyon aletlerini kullanın (örneğin, Ansys HFSS, CST Studio Suite veya Altair FEKO) tasarım döngüsünde potansiyel sorunları vurgulayan kritik net, bağlantı arayüzleri ve muhafaza etkilerini modellemeye devam edin.
Ön değerlendirme testi için, yakın bir TV Prodüksiyon seti ve bir spektrum analizörü kullanarak, yönetim kurulunda emisyon noktaları tespit etmek için tıklayın.Sisteme destek verirken veya tipik bir yazılım veya test desenleri çalıştırın. 10 dB veya daha fazla bir dış bağlantıya geçiş yapın.Sistem açma gücü dönüştürücüler ile ölçülen zirveleri karşılaştırın ve düzenle ilgili değişikliklerle karşılaştırın: bir kapasiteye sahip olmak, bir iz ekleyerek bir zemini ekleyin.
Düzenleme ve Standartlar
EMI sınırları, ABD'de Federal İletişim Komisyonu (FCC) gibi kuruluşlar tarafından tanımlanır ve Japonya'da CISPR ve B Sınıfı (residential) cihazlar için, radiçekli emisyon sınırı, 30-88 MHz'den 40 dBμV/m'ye kadar, 216-960 MHz'den 47-apos;a kadar yükseltilen emisyon limitleri sıkı bir şekilde yapılır; genellikle 150 kHz'den 30 MHz'e kadar dBμV. Bu hedeflere tasarım yapmak, ürün için geçerli olmayan bir testten sonra kendinizi korumayı gerektirir.
Birçok sertifika organı ayrıca ürünün en kötü durumda konfigürasyonunda test edilmesi gerektiğini, yani tüm opsiyonel periferiler birbirine bağlı ve tüm yazılım modları aynı anda çalıştırın. PCB tasarımınızı marjlarla planlayın: 6 dB güvenlik marjı için limitin altındaki bir kontrol için limitin altındaki bir kontrol için. Doküman her filtreleme ve kalkan kararında değişiklik için, böylece kök nedenini hızlıca belirleyebilirsiniz.
Pratik Uygulama İş Akışı
EMI-aware tasarımını rutininize entegre etmek için, bu basitleştirilmiş iş akışını takip edin:
- [FONT=0)Define kısıtlamaları erken.[[Dönetici aşamasında, yüksek hızlı ağ, saat frekansları ve güç alanları tespit eder.Kontalamadan önce kesinti kuralları ve tabaka yığınını tanımlar.
- [FONT:0]Place with EMI in mind.[DÜT:1] Kurulu analog, dijital ve güç bölgelerine devrettir. İlk önce noisiest bileşenleri yerleştirin, sonra hassas olanları ve sinyal dağıtımını sinyallerin önünde yerleştirin.
- [FONT:0]Route en iyi uygulamaları kullanarak.[[Dönemli: 1)Yol sinyalleri sürekli bir zemin uçağa bitişiktir. Tüm yüksek hızlı veri hatları için diferansiyel yönlendirme kullanın. 45 derece virajlar uygulayın ve stubs kaçının.
- [FONT:0) PDN'i ([Dönetici) doğrulayın, tüm dekoupling kapasitörler uçaktaki bağlantıları doğrudan kullanıyor.Dücreme damla analizlerini kullanarak voltaj damlalarının tolerans içinde olmasını sağlayın.
- [FONT:0]Simulate veya ölçü.[[Dönetici: 1 ) Run EMI simülasyonu kritik ağlarda yapılır. Prototip meclisinden sonra, bu noktaları doğrulamak için yakın saha taraması, arka plandaki 10 dBμV'nin altında.
- [FONT:0]İterate.[[DÜDÜT:1) Zemini ekleyerek, tükenme veya artan filtre bileşenleri ayarlama yoluyla herhangi bir soruna hitap edin.Retest until emisyon are stabil.
ELEKTRONT:0)Altium'un EMC için PCB tasarımı üzerine dokümantasyon) tasarım akışınıza adapte edilebilir ayrıntılı bir kontrol listesi sunar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
PCB tasarımı ile elektromanyetik müdahale, fizik, dikkatli planlama ve sağlam bir zemin uçağı uygulamak, yığınlama, kontrol etme, bölme devreleri ve uygun şekilde filtreleme tekniklerini kullanarak, her iki güvenilir ve uyumlu bir şekilde test edebilirsiniz.Her tasarım farklıdır, ancak burada belirtilen ilkeler - döngü alanı minimizasyon, geri dönüş yolu sürekliliği ve ortak nokta gürültüyü kontrol edin - evrensel olarak kalır.
Daha fazla okuma için, ESRAD:0)TI uygulama notu EMI mitigation in switch güç malzemeleri) ve [[ENFLT:2}IEEE Standard 1585-2023) ölçüm teknikleri için.