So reduzieren Sie EMI im PCB-Design?

Elektromagnetische Interferenz (EMI) ist eine Art elektromagnetischer Interferenz, Dabei wird Energie durch Strahlung/Leitung von einem elektronischen Gerät auf ein anderes übertragen, und zerstört die Signalqualität, Fehler verursachen. Es existiert in fast jedem Bereich unseres Lebens. Zum Beispiel, wenn sich unser Mobiltelefon in der Nähe eines laufenden Radios befindet, wir werden ein summendes Geräusch hören, Das sind elektromagnetische Störungen. Dieses Problem hat PCB-Designer schon immer beunruhigt, Wer muss sicherstellen, dass die von ihm entworfenen elektronischen Produkte diesen Anforderungen entsprechen? EMV(Elektromagnetische Verträglichkeit). Eigentlich, Es ist schwierig, elektromagnetische Störungen vollständig zu vermeiden, Aber wir können EMI während des Designprozesses so weit wie möglich reduzieren. In diesem Artikel, Wir listen einige wichtige Designregeln auf, um elektromagnetische Störungen in Leiterplatten zu reduzieren. Lassen Sie uns gleich eintauchen.

Was verursacht elektromagnetische Störungen in Leiterplatten??

Es gibt verschiedene Faktoren, die zur Entstehung elektromagnetischer Störungen in Leiterplatten beitragen:

• Aufgrund ihrer hohen Rate an Staatsübergängen, Die häufigste Ursache können hochfrequente digitale Schaltkreise, einschließlich Mikroprozessoren und Speichergeräte, sein.
• Schaltnetzteile und schnell schaltende Transistoren sind aufgrund ihrer schnellen Stromschwankungen die Hauptursache für elektromagnetische Strahlung.
• Wenn die Signalleitungen schlecht ausgelegt oder verlegt sind, insbesondere diejenigen, die Hochfrequenzsignale übertragen, Sie werden zu einer Quelle elektromagnetischer Störungen, da sie als Antennen fungieren.
• Schleifen auf Bodenebene und eine schlechte Erdung sind ebenfalls Quellen für elektromagnetische Störungen aufgrund von Störströmen. Wenn Antriebsebenen nicht nahtlos verbunden sind, Sie erzeugen Impedanzdiskontinuitäten, Dies führt weiter zu Signalreflexionen und EMI.
• Diese Probleme können durch eine falsche Positionierung der Komponente und eine unzureichende Abschirmung verschlimmert werden, Deshalb ist EMI eine der größten Herausforderungen beim PCB-Design.

Warum es wichtig ist, EMI zu reduzieren?

zuerst, Es entspricht den regulatorischen Maßnahmen wie der Anwendung der FCC-Vorschriften und der CE-Kennzeichnung, die in den Märkten, in denen elektronische Geräte verkauft werden, obligatorisch ist. Die Nichteinhaltung der Richtlinien kann zu erhöhten Kosten wie z. B. einer Neugestaltung führen, verspäteter Markteintritt des Produkts, und möglicherweise rechtliche Probleme.
Zweitens, Die Reduzierung von EMI verbessert die Leistung und Qualität der verwendeten elektronischen Geräte. Hohe EMI-Werte können die Signalqualität in unerwünschtem Maße beeinträchtigen, was zu Datenbeschädigung führt, Systemausfälle oder Totalausfall des Gerätes. In sensiblen Anwendungen wie medizinischen Geräten oder Automobilelektronik, Solche Probleme könnten tödlich sein.
Ebenfalls, Eine Verringerung der EMI führt zu einem besseren Benutzererlebnis, da der Betrieb der jeweiligen Geräte nicht durch andere Geräte in unmittelbarer Nähe beeinträchtigt wird, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, das ein Radio stört.
Schließlich, Ein gutes EMI-Design führt auch zu einer Verbesserung der Leistungseffizienz und Wärmeableitung, übersetzt als längere Akkulaufzeit in tragbaren Produkten, und längere Produktlebensdauer.

Wichtige Designprinzipien zur Reduzierung elektromagnetischer Interferenzen

Häufige EMV-Probleme bei Leiterplatten hängen im Wesentlichen mit Designfehlern zusammen, die auf Störungen durch Leiterbahnen zurückzuführen sind, Schaltungen, Wege, und andere verwandte Funktionen auf dem Board. In diesem Abschnitt werden grundlegende PCB-Designprinzipien und Best Practices aus verschiedenen Aspekten vorgestellt, um elektromagnetische Interferenzprobleme zu reduzieren:

1. Grundflugzeug

• Maximieren Sie die Bodenfläche:Auf einem großen Grundstück, Signale können leichter verteilt werden, um Übersprechen und Rauschen zu reduzieren. Deshalb, Wir müssen die Massefläche innerhalb der Leiterplatte so weit wie möglich vergrößern. Wenn die Bodenschicht zu klein ist, Wir können eine mehrschichtige Leiterplatte erstellen.
• Gehen Sie mit geteilten Grundflächen vorsichtig um: Das Teilen sollte selektiv erfolgen, da die Schnittebenen schlecht positioniert sind, Es ist möglich, Schlitzantennen zu erwerben, Dadurch wird die EMI-Strahlung verstärkt.
• Minimieren Sie Verbindungen zwischen separaten Masseebenen: Im Idealfall, Verbinden Sie geteilte Grundebenen an nur einer Stelle. Mehrere Punkte der Erdungsverbindungen können problematisch sein, da sie Schleifen verursachen, was wiederum zu zusätzlichen Emissionen Ihrer Leiterplatte führt.
• Optimierung der Platzierung des Bypass-Kondensators: Löten Sie Bypass- oder Entkopplungskondensatoren auf geeignete Weise mit der Masseebene und minimieren Sie Rückstrompfade und Schleifengrößen, um EMI zu reduzieren.

2. Trace-Layout

• Biegedesign: Ersetzen Sie scharfe 90-Grad-Bögen durch abgerundete oder 45-Grad-Winkel. Dies trägt dazu bei, eine konstante Impedanz aufrechtzuerhalten und Signalreflexionen zu reduzieren.
• Signaltrennung: Es kann wünschenswert sein, Hochgeschwindigkeitssignale zu filtern (wie zum Beispiel Taktleitungen) von denen mit niedriger Geschwindigkeit. Es empfiehlt sich, die analogen und digitalen Signale zu trennen, um das Ausmaß der Interferenzen zu reduzieren.
• Optimierung des Rückwegs: Design kurz, direkte Rückwege zur Minimierung der Schleifenflächen und damit zur Minimierung der elektromagnetischen Störungen.
• Differentialpaar-Routing: Verlegen Sie Differenzialspuren nahe beieinander, um eine bessere Kopplung zu erreichen und Rauschen in den Gleichtakt zu verlagern, was bei Differenzeingängen weniger problematisch ist.
• Über Nutzung: Bei der Gestaltung der PCB Wege, Dies sollte mit Bedacht erfolgen, da die Durchkontaktierungen eine Erhöhung der Signalamplitude bewirken und zusätzliche Induktivität und Kapazität mit sich bringen. Für den Fall von Differentialpaaren, Man muss versuchen, die Verwendung von Durchkontaktierungen so gering wie möglich zu halten. Verwenden Sie nur im Bedarfsfall ein gewöhnliches ovales Anti-Pad, um die parasitäre Kapazität zu reduzieren.

3. Komponentenanordnung

• Trennen Sie Analog und Digital:Wenn Sie sowohl analoge als auch digitale Schaltkreise im gleichen Design haben, Schirmen Sie analoge Schaltkreise von digitalen Schaltkreisen ab und verwenden Sie so viele Schichten wie möglich mit getrennten Erdungen.
• Schützen Sie Analoggeräte vor Hochgeschwindigkeit:Sorgen Sie für einen gewissen Schutz, indem Sie die analogen Schaltkreise mit den Erdungssignalen abschirmen. In mehrschichtigen Leiterplatten, Platzieren Sie Masseebenen zwischen den analogen Leiterbahnen und den Hochgeschwindigkeitssignalen.
• Verwalten Sie Hochgeschwindigkeitskomponenten: Schnell reduzieren und trennen, kleine Teile, die mehr EMI erzeugen. Minimieren Sie die Kopplung von Hochgeschwindigkeitssignalen und stellen Sie sicher, dass diese kurz sind und sich in der Nähe der Masseebenen befinden.

4. EMI-Abschirmung
   

Wenn die vollständige Beseitigung von EMI nicht möglich ist, man muss sich entscheiden PCB Abschirmung. Ganze Leiterplatten werden mithilfe externer Abschirmungen wie Faradayscher Käfige von EMI-Quellen ferngehalten, und interne Abschirmungen isolieren besonders empfindliche Komponenten innerhalb der Platinen. Kabelschirmung, mit leitfähigen Beschichtungen oder Geflechthüllen, Hilft, hochfrequente Signale einzudämmen und die EMI-Übertragung zu reduzieren.

Abschließende Gedanken

Abschließend, Die Reduzierung elektromagnetischer Störungen ist ein entscheidender Aspekt des PCB-Designs, der nicht übersehen werden darf. Mit einem Verständnis für die Ursachen von EMI und angewandten Designtechniken, Ein Ingenieur kann höher funktionierende Schaltkreise auf der Leiterplatte herstellen, die vor den EMI-Risiken sicher arbeiten können. Denn moderne elektronische Geräte werden immer ausgefeilter und sind praktisch in jedem Bereich unseres Lebens zu finden, Dies bedeutet auch, dass die EMV-Problematik auch in Zukunft immer kritischer werden wird. Obwohl die Probleme der EMI-Reduzierung komplex sein können, Die Zusammenarbeit mit zuverlässigen PCB-Designspezialisten kann die Situation zum Besseren verändern. Das ist die Stelle, an der MOKO ins Spiel kommt. Nutzen Sie unser Know-how im Hochleistungs-PCB-Design, Wir sind bereit, Sie bei der Bewältigung der Probleme im Zusammenhang mit der EMI-Reduzierung zu unterstützen und Sie bei der Erreichung der elektromagnetischen Verträglichkeit zu unterstützen. Nehmen Sie Kontakt mit MOKO Technology auf im Augenblick!