Elektromanyetik müdahale (EMI) modern baskılı devre yönetimde en kalıcı ve pahalı zorluklardan biri olmaya devam ediyor. Dijital sistemler yüksek frekanslara, daha hızlı kenar oranlarına ve sıkı güç bütçelerine doğru iten, sadece kontrol edilen elektromanyetik emisyonlar için marj, proaktif, düzen odaklı bir yaklaşım benimsemeye devam ediyor.Inaktif hataları, doğrudan PCB'ye indirme ve eMI mdüşük testlerine doğru bir ürün göndermeye yardımcı oluyor.

Bu makale, EMI'yi ayar aşamasında azaltma için kapsamlı bir yenilikçi yöntem belirledi, kontrol edilen engellenme, yer düzlem optimizasyonu, kalkanlama ve ileri dekole stratejileri. Bu teknikler elektromanyetik alan teorisinde zemine alındı ve endüstri uygulamaları tarafından doğrulandı, onları hemen gerçek dünya tasarımları için geçerli hale getirdi.

PCB'lerde Elektromanyetik Müdahaleyi Anlamak

EMI, bir kaynaktan gelen ve bir PCB'de bir kurbanın çalışmasını bozan istenmeyen elektromanyetik enerjidir. Kaynak genellikle yüksek hızlı bir dijital sinyal, bir anahtarlama gücü dönüştürücü veya bir saat dağıtım ağıdır.

EMI genellikle iki türe kategorize edilir:

  • [FONT:0]Radiated Emisyonlar [Dönüşükümler: 1) - PCB'den kaçan ve hava yoluyla propagates kullanan elektromanyetik enerji. Bu emisyonlar, şimdiye kadar alanda ölçülmelidir ve FCC Part 15, CISPR 32 veya EN 55032 gibi standartlara uymalıdır.
  • [FONT:0)Kondüklenmiş emisyonlar[[Dönemli enerjiler) - Güç veya sinyal hatları boyunca geri dönen veya bağlantılı ekipmanlara geri dönen enerji. Bunlar genellikle 150 kHz'nin 30 MHz aralığında ölçülmektedir.

Darbe yolundan bağımsız olarak, PCB'deki çoğu EMI'nin kök nedeni, sinyal izi ve geri dönüş yolu tarafından oluşturulan tek bir döngüdür.Mevcut geri dönüş yolu, daha uzun veya daha az doğrudan rotayı almaya zorlandığında, döngü alanı artar ve yapı radiating elektromanyetik alanlarda verimli hale gelir.

IPC-2251 ve ANSI/IPC-2141 gibi endüstri standartları kontrol edilen engel ve PCB düzeni uygulamaları için kılavuzlar sağlar, ancak bu kılavuzların uygulanmasında mühendisin yargısı, bir radiated-emission başarısızlığından çalışan bir prototipi ayırt eden şeydir.

Kontrollü Impedance Routing

Her yüksek hızlı sinyal izi için tutarlı bir özellik sağlamak, EMI azaltımı temeldir. Bir iz değişikliklerine katkıda bulunurken, sinyal enerjisinin bir kısmı kaynağa geri yansıtılır.Bu yansımalar ayakta dalgalar yaratır, aşırı yukarı ve ringing, tüm bunlar temel saat oranın üzerinde frekanslara uyum sağlar.Bu harmonik enerji 30 MHz'de 1 GHz aralığındaki radiated emisyonların birincil katkısıdır.

Impedance Control için Stackup Design for Impedance Control

Kontrollü dürtü, yığınla başlar. Tipik bir dört katmanlı yönetim kurulu sinyal tabakaları ve iç tabakaları bir güç uçağı ve zemin düzlemi olarak tanımlar. Altı veya daha fazla tabaka için, birden fazla zemin uçak ve özel güç katmanları daha iyi kontrol sağlar.

  • [Dk) [Dk) [Dk) [Dk) [Dk)) [Dk)))))))))))))) [Dk.C.D.D.D.D.D.C.D.D., 1 MHz'de yaklaşık 4.2'ye sahiptir, ancak bu değer frekansı azaltır.
  • [FONT:0]Trace genişlik[[Dönetici:0) ve [[Dönekli izler [Dönderlik:0) Daha geniş bir iz daha düşük karakteristik bir engel; dar bir iz onu ortaya çıkarır.En zorlayıcı hesaplayıcılar 50 ±10% ohms tek başına iz ve 90-100 ohms diferansiyel çiftler için bir hedef.
  • [FONT:0]Dielektrik yüksekliği[[Dönetici ve en yakın referans uçağı arasında], İncener dielektrikler geri dönüş uçağa daha düşük dürtü ve sıkı darbe üretir, bu da döngü alanını azaltır.

Kontrolsüz izler, kesinlikle gerekli olmadıkça katmanları değiştirmekten kaçınır. Bir katman değişikliği kaçınılmazsa, sürekli geri dönüş yolunu sağlamak için sinyale bir zemin ekleyin.Bu teknik, genellikle "kablok" veya "stitching via" olarak adlandırılır.

Trace Geometry ve Microstrip vs. Stripline

Mikrostrip izlerini, bir zemin uçağın üzerinde dış bir katman üzerinde rotalanmış, çünkü alanlar neredeyse tamamen uçakların arasına karışır ve en hızlı saatlerini ve verileri şerit tabakalarında yayarlar.

Mikrostrip kaçınılmaz olduğunda, kenar radyasyonunu azaltmak için zemin uçağın kenarlarından en az beş kat uzaklığı korumak.Bu, "5W kuralı" olarak bilinir ve kenar radyasyonunu azaltmak için basit, etkili bir kontroldür.

Diferansiyel İşaretleme

Diferansiyel sinyalleme, EMI azaltım aracının en güçlü araçlardan biridir. tek taraflı bir gerilim referansına güvenmek yerine, iki tamamlayıcı iz arasındaki gerilim farkı iletmektedir. Her bir iz tarafından üretilen elektromanyetik alanlar, kutuplulukta eşit, çok daha fazla radyaplı bir çifte güvenmek için onlara neden olur.

Diril Pairs için Routing Kuralları

İptal etmek için, bir çiftin iki izlerinin aynı yol uzunluğu ile rotalanması gerekir ve kontrol edilen spam. En yaygın başarısızlık iki sinyal arasında bir zaman gecikmesi sunar. Bu gecikme, ortak mod sinyallerinin ortaya çıkmasına neden olur; bunun yerine, tek uçlu sinyalleri ve radiate agresif bir şekilde davranırlar.

  • [FONT:0]Length eşleştirme[[Dönetici: 1 ) sinyal artışının % 2-3'ü veya 1 ns artış zamanı için yaklaşık 0,5 mm olmalıdır.
  • [FONT:0]Spacing[DÜDÜT:1], diferansiyel dürtüyü korumak için sürekli kalmalıdır. Boşlukta herhangi bir değişiklik, bir engelsizliğe yol açar ve bazı diferansiyel enerjiyi ortak mod enerjiye dönüştürür.
  • [FONT:0]Via geçişleri[[Dönetici:0) simetrik tutulmalıdır. Bir iz tabakaları değiştirmek zorundaysa, diğeri tam aynı yolu takip etmelidir.Geçmişte geri dönüş için sinyale bitişik olarak yerleştirin.

Farklı çift tasarımı için mükemmel bir referans, [[0)Altium PCB diferansiyel sinyal yönlendirme kılavuzu[Dönemli: 1) USB, HDMI ve Ethernet arabirimleri için pratik düzen kuralları sağlayan.

Ground Plane Optimizasyon

Zemin uçağı her EMI azaltımı stratejisinin arka kemiğidir. Katı, kesintisiz bir zemin uçağı tüm sinyallerin düşük gecikmeli bir geri dönüş yolu sunar, döngü alanını en aza indirir ve bitişik tabakalar arasında bir kalkan olarak hizmet eder. Ancak, bir zemin uçağı sadece bütünlüğü muhafaza edilirse etkilidir.

Return Current Paths and Loop Area

Her sinyal izi, geri dönüş akımıyla bir döngü oluşturur. Geri dönüş akımı, obion'un etrafındaki en kısa Euclidean yolu almaz; 100-500 MHz aralığındaki sinyal izlerinin altında bile akır.

Bunu önlemek için:

  • Asla zemin uçakta bir bölünmenin üzerinde yüksek hızlı bir iz aramayın.
  • Bir bölünme analog / dijital izolasyon için gereklidirse, boşluktaki sinyale bir köprü izi veya bir opto çiftr kullanın veya üst frekans geri dönüş yolunu sağlamak için bölünmüş bir kapasitör yerleştirin.
  • Tüm yüksek hızlı sinyaller için birincil referans olarak içsel bir katmanda sürekli bir zemin uçağı kullanın. Başka bir iz veya güç bu katmanda kesinlikle gerekli olmadıkça doldurmayın.

Yer Stitching ve Via Dizileri

Bir PCB farklı katmanlarda birden fazla zemin uçağı olduğunda, FR-4'te dikme ile bağlantılı olmalıdırlar, her 5 mm'de dikme ile veya daha yakın bir kapama modları ile sabit bir şekilde sabitlenebilir.

Dış katmanlarda gömülü zemin emisyonları azaltmaya da yardımcı olur. Örneğin, bir bakır zeminin üst tabakada yüksek hızlı bir iz doldurup onu dikte ile iç zemin uçağa dikmek elektromanyetik alan içeren geniş bir çift yapı yaratır.Bu teknik özellikle de bir zemin uçağın mevcut olmadığı sınırlı katmanlarla yararlıdır.

Split Ground Planes ve Karma-Signal Design

Karma-signal tasarımları (analog + dijital), geleneksel öneri, EMI'ye neden olan çok slot ve boşluk sorunlarının tümünün eşiğine girmesini engellemek için zemin uçağının bölünmesini sağlamaktı. Ancak, modern uygulama, bir köprünün karşısındaki sinyalleri ve sürekli zemin düzlemi kullanarak, sürekli olarak bir bölme uçağının her iki alana kadar düşük devre dışı bırakmasına olanak tanır.

Bu stratejinin ayrıntılı bir tedavisi, yüksek hızlı PCB düzeni tekniklerine kılavuzluk:0)Analog cihazları ).

Shielding ve Guard Traces

Pasif düzen teknikleri yetersiz olduğunda - örneğin hassas bir analog ön son aynı gemide dijital bir işlemci ile birlikte bir araya gelmeli - aktif kalkan önlemleri gerekli hale gelebilir. Shielding PCB seviyesinde veya muhafaza seviyesinde uygulanabilir, ancak en zarif çözümler PCB'ye inşa edilir.

Guard Traces and Coplanar Waveguides

Bir bekçi izi, yüksek hızlı veya hassas bir sinyal izine paralel bir zemindir, küçük bir boşluktan ayrılmış bir bekçi izi, elektrik alanlarıyla aynı şekilde hareket eden bir yerel geri dönüş yapısı sağlar. Etkili bir operasyon için, koruma izi normal aralıklarla dikmekle bağlantılı olmalıdır.

Zeminli polis dalga kılavuzu (GCPW), hem de yüksek hızlı dijital tasarımlarda kullanılan bir sinyal izinin her iki tarafında da aynı tabakada, aşağıdaki bir zemin düzlemle bir araya gelen ortak bir iletim hattı yapısıdır. GCPW, yan yanan sinyallerin mükemmel bir izolasyonu sağlar ve yaygın olarak RF ve yüksek hızlı dijital tasarımlarda kullanılır.

PCB-Level Shields ve EMI Cans

Özellikle gürültülü alt bölümler için, bir geçiş gücü tedariki veya Wi-Fi radyo modülü gibi, bir PCB seviyesi kalkanı (bazen bir EMI olarak adlandırılır) doğrudan tahtaya satılabilir. kalkan sürekli bir yüzeysel geçişle zemine bağlanır. maksimum etkinlik için, kalkanın zemin uçağa sağlam bir elektrik bağlantısı olması gerekir, sadece birkaç zemin pimleri değil.

Ayrıca, kalkanın sadece bir kaynaktan emisyonlar içeren değil, aynı zamanda dış müdahaleden hassas devreleri de korumak önemlidir. Otomotiv ve tıbbi uygulamalarda, güvenilirlik kritik, PCB seviyesindeki koruyucuların ve koruma izlerinin bir kombinasyonu yaygındır.

Decoupling ve Power Integrity

Güç bütünlüğü ve EMI yakından bağlantılıdır. Güç dağıtım ağı (PDN) yüksek frekanslarda yüksek oranda engellenmiş ve gürültüyü güç raylarında ortaya çıkarır. Bu gürültü çiftleri I/O sürücüleri aracılığıyla sinyal izlerini taşır ve amaçlanan sinyal ile birlikte yayılır. Proper decoupling, PDN'nin DC'den en yüksek uyum sağlamasını sağlar.

Decoupling Capacitor Placement

Bir dekoupling kapasitor etkinliği, bağlantı döngüsünün sonuna kadar neredeyse tamamen bağlıdır. IC pin'den 100 nF kapasitelior uzaylı 2 cm, 50 MHz'den daha fazla frekansta işe yaramaz çünkü geçiş noktası en aza indirmek için:

  • Konseryayı IC gücüne ve zemin pins'e kadar yerleştirin, aynı katmanda ideal olarak.
  • Gerekli kapasitans ve gerilim derecelendirmesini idare edebilecek en küçük paket boyutunu kullanın (0402 veya 0201 paketleri daha düşük eşdeğer serileri indüktöre sahiptir).
  • Güç ve zemin uçaklara en kısa olası izler ve birden çok vias ile bağlantı kurun. paralel olarak, tek bir şekilde karşılaştırıldığında indükleme.

Gömülü Plane Capacitance

Çok yüksek frekanslarda (above 500 MHz), en küçük paket kapasitör bile, PCB dielektrik tarafından dayatılan zaman gecikme nedeniyle yeterince şarj sağlayamaz. Bu rejimde, tasarımcı alt üst düzey bir güç ve zemin uçaklar arasında kapasite yaratır - gömülü veya dağıtılmış olarak bilinir - baskın decoupling mekanizması haline gelir.

Bu teknik bazen "buri zipertaj" olarak adlandırılır ve PDN'den yüksek hızlı sunucu ve telecom kurullarında kullanılır. ince dielektrik, standart bir yığınla kıyasla ölçeklendirmek için bir boyuta kıyasla, ayrı ayrı ayrı ayrık boşluklar için gerekli olan emisyonları azaltır.

EMI Azaltımı için Kompozisyon

Layout- level EMI baskı sadece routing hakkında değildir; bileşen yerleştirmesi tek bir iz çizilmeden önce emisyonları basitleştirebilir veya azaltabilir.

Analog, Dijital ve Güç Bölümlerini Keşfedin

İlk yerleştirme kuralı fiziksel olarak işlevsel blokların ayrılmasıdır. Yüksek hızlı dijital devreler (işlemciler, anılar, USB arabirimler) çiftlerin paylaşılan güç rayları ve substratlar aracılığıyla kolayca dağıtılması için anahtarlama gücü tedarikleri ve büyük di / yuvarlaklar ve manyetik alanlar üretmesi gerekir. Analog yükselteçler ve sensörler bu rahatsızlıklara karşı doğal olarak savunmasızdır.

Oryantasyon ve Saat Dağıtımı

Orient yüksek hızlı saat izlerini takip eder, böylece bir bağlantıyı geçmelidir ve tahta kenardan uzak duruyorlar. Saat sinyalleri asla birkaç milimetreden daha fazla mesafeye paralel olarak yol açmamalıdır.Eğer bir saat izi bir bağlantıya geçmelidirse, doğru bir kapı geçişini kullanın ve bağlantı noktaları arasında bir zeminli bir bekçi izi içermelidir.

Termal Yönetim ve EMI

Yüksek sıcaklık operasyonu dirençli kayıplara karşı yükselir ve elektriksel materyallerin özelliklerini değiştirebilir, dürtüsüz ve potansiyel olarak emisyonları kötüleştirir. Gemi kenarına yakın yüksek güç bileşenleri veya özel bir ısı bataklığı uçağını kullanarak genel kurul ısı yönetimini doğrudan bir EMI tekniği değildir, bir termal olarak stabil bir yönetim daha elektromanyetik olarak öngörülebilir bir yönetimdir.

Gelişmiş Teknikler ve Gelişen Yöntemler

Klasik yöntemler ötesinde, gelişmiş simülasyon araçları ve daha düşük maliyetli malzemeler sayesinde birkaç gelişmiş teknik erişilebilir hale geldi.

[FONT:0]Spread Spectrum Saating[[Dönetici: 1 ) – Bazı modern işlemciler, saat frekansını küçük bir yüzde (0.5-2.5%) ile modüle eden spektrum jeneratörleri içerir.Bu, daha geniş bir frekans bandında, zirve emisyonlarını azaltırken, toplam radiated enerjiyi azaltır, tasarım geçişini en yüksek emisyon limitlerini azaltmanıza yardımcı olur.

[FONT:0]Ferrite Beads ve Common Mode Chokes) - Kablolarda emisyonlar yapılır, PCB bağlantılarında yüksek frekanslı yaygın mod akımlara yer alan ferrite beads. For Differential kablos such as USB or Ethernet, common-mode chokes provides even better reddedilme without degrading the specific but require careful deployment at the konektör point to be effective.

[FONT:0]Lossy Malzemeler ve Absorbers[[Dönem: 1) Aşırı durumlarda, ince miktardaki manyetik malzemenin ince çarşafları, yüksek gürültülü bileşenlerin içlerine veya doğrudan üstteki elektromanyetik enerjiye dönüştürür.

Bu yöntemlerin kapsamlı bir bakışı, [[0)Texas Instruments PCB düzeni EMI azaltımı için yönergeleri ().

Simülasyon ve Ön Değerlendirme Test

Bu makalede açıklanan her düzen tekniği elektromanyetik alan simülasyonu ile doğrulanabilir.Asys SI dalgası, Keysight ADS veya açık kaynak çözücüleri gibi araçlar, aksi takdirde sadece pahalı uyumluluk testlerinde bulunulmasını sağlar.

Tam dalga çözücülere erişim olmadan takımlar için, elektromanyetik alanın en yüksek olduğu yerlerde, genellikle zemin düzlem yuvalarına karşılıksız veya yakın bir alanda yapılan araştırmalar pratik bir alternatiftir.Profing the board yüzey in-up, mühendisler hot points tanımlayabilirler: elektromanyetik alan amplifiğinin en yüksek haftalarını kurtarmadan önce bu sıcak noktalar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

PCB'deki elektromanyetik müdahaleyi azaltmak, kontrol edilen dürtüleri ortadan kaldırmayı, boşluğa ve güç dağıtım tasarımını ele alır.Her teknik belirli bir darbe yolu ele alır - yansıma, ortak mod dönüşüm, döngü radyasyonu veya PDN gürültüyü - ve bir araya getiren bir yönetim kurulu yaratır.

Sistem frekansları yükselmeye devam ediyor ve düzenleyici sınırlar daha sıkı hale geliyor, bu düzeni ustalaştırmaya yatırım yapan mühendisler sürekli olarak ilk kez uyum testlerini geçen ürünleri teslim edeceklerdir. Reaktif EMI'nin proaktif düzen tasarımına yönelik sorun giderme geçişi sadece en iyi bir uygulama değildir; rekabetçi bir zorunluluktur.

Daha fazla okuma için, [[Üyetim:0)Electropages EMI/EMC PCB tasarım yönergeleri) Bu yöntemleri üretim ortamlarında uygulamak için pratik bir endüstri perspektifi sunar.