Come ridurre le EMI nella progettazione di PCB?

Interferenza elettromagnetica (EMI) è un tipo di interferenza elettromagnetica, in cui l'energia viene trasmessa da un dispositivo elettronico a un altro tramite radiazione/conduzione, e distrugge la qualità del segnale, causando fallimenti. Esiste in quasi ogni angolo della nostra vita. Per esempio, quando il nostro cellulare è vicino ad una radio accesa, sentiremo un ronzio, che è un'interferenza elettromagnetica. Questo problema ha sempre afflitto i progettisti di PCB, che devono garantire che i prodotti elettronici da loro progettati siano conformi EMC(Compatibilità elettromagnetica). Infatti, è difficile evitare completamente le interferenze elettromagnetiche, ma possiamo ridurre il più possibile le EMI durante il processo di progettazione. In questo articolo, elenchiamo diverse importanti regole di progettazione per ridurre le interferenze elettromagnetiche nei PCB. Immergiamoci subito.

Quali sono le cause dell'interferenza elettromagnetica nel PCB?

Ci sono vari fattori, che contribuiscono alla generazione di interferenze elettromagnetiche nel PCB:

• A causa del loro alto tasso di transizioni statali, la causa più comune potrebbero essere i circuiti digitali ad alta frequenza, inclusi microprocessori e dispositivi di memoria.
• Gli alimentatori a commutazione e i transistor a commutazione rapida rappresentano la principale radiazione EMI a causa delle rapide variazioni di corrente.
• Se le tracce del segnale sono progettate o instradate in modo inadeguato, soprattutto quelle che trasportano segnali ad alta frequenza, diventano una fonte di EMI poiché fungono da antenne.
• Anche i circuiti a livello del suolo e una messa a terra inadeguata sono fonti di EMI dovute alle correnti di interferenza. Quando i piani di potenza non si uniscono perfettamente, creano discontinuità di impedenza, portando ulteriormente a riflessioni del segnale ed EMI.
• Questi problemi possono essere aggravati da un posizionamento errato del componente e da una schermatura inadeguata, ecco perché l'EMI rappresenta una delle maggiori sfide della progettazione PCB.

Perché è importante ridurre le EMI?

in primo luogo, è conforme alle misure normative come l'uso delle normative FCC e la marcatura CE obbligatoria nei mercati in cui vengono venduti i dispositivi elettronici. La mancata adesione alle linee guida potrebbe comportare un aumento delle spese, ad esempio la riprogettazione, ritardato ingresso del prodotto sul mercato, ed eventualmente problemi legali.
in secondo luogo, la riduzione delle EMI migliora le prestazioni e la qualità degli apparecchi elettronici in uso. Livelli elevati di EMI possono influenzare la qualità del segnale a un livello indesiderato, con conseguente corruzione dei dati, guasti sistemici o guasto totale del dispositivo. In applicazioni sensibili come apparecchiature mediche o elettronica automobilistica, tali problemi potrebbero essere fatali.
Anche, la riduzione delle EMI si traduce in una migliore esperienza utente poiché il funzionamento dei rispettivi dispositivi non è influenzato da altri dispositivi nelle immediate vicinanze come ad esempio un telefono cellulare che interferisce con una radio.
Finalmente, una buona progettazione EMI comporta anche un miglioramento dell'efficienza energetica e della dissipazione del calore, tradotto come maggiore durata della batteria nei prodotti portatili, e una maggiore durata del prodotto.

Principi chiave di progettazione della riduzione delle interferenze elettromagnetiche

I problemi EMC comuni con i PCB sono fondamentalmente legati a errori di progettazione derivanti dall'interferenza delle tracce, circuiti, modi, e altre funzionalità correlate sul tabellone. Questa sezione introdurrà i principi di base della progettazione PCB e le migliori pratiche da diversi aspetti per ridurre i problemi di interferenza elettromagnetica:

1. Piano terra

• Massimizza l'area del terreno:Su un ampio terreno, i segnali possono essere dispersi più facilmente per ridurre la diafonia e il rumore. Perciò, dobbiamo aumentare il più possibile l'area di massa all'interno del PCB. Se lo strato di terra è troppo piccolo, possiamo creare un PCB multistrato.
• Utilizzare con attenzione i piani di massa divisi: La divisione dovrebbe essere eseguita in modo selettivo perché i piani di taglio sono mal posizionati, è possibile ottenere antenne a fessura, che migliorerà la radiazione EMI.
• Ridurre al minimo le connessioni tra piani di terra separati: Idealmente, collegare i piani di terra divisi in una sola posizione. Diversi punti di connessione a terra possono essere problematici in quanto introducono loop, il che a sua volta significa emissioni aggiuntive dal PCB.
• Ottimizzazione del posizionamento dei condensatori di bypass: Saldare i condensatori di bypass o di disaccoppiamento al piano di terra in modo appropriato con percorsi della corrente di ritorno e dimensioni del circuito ridotti al minimo, in modo da ridurre le EMI.

2. Traccia layout

• Progettazione della piega: Sostituisci le curve strette a 90 gradi con angoli arrotondati o a 45 gradi. Ciò aiuta a mantenere un'impedenza costante e riduce le riflessioni del segnale.
• Separazione del segnale: Potrebbe essere desiderabile filtrare i segnali ad alta velocità (come ad esempio le linee dell'orologio) da quelli a bassa velocità. È consigliabile che i segnali analogici e digitali siano separati per ridurre il livello di interferenza.
• Ottimizzazione del percorso di ritorno: Design breve, percorsi di ritorno diretti per ridurre al minimo le aree del circuito e quindi ridurre al minimo le EMI.
• Routing di coppia differenziale: Instradare le tracce differenziali vicine per ottenere un migliore accoppiamento e spostare il rumore in modalità comune, il che è meno problematico per gli ingressi differenziali.
• Tramite Utilizzo: Quando si progetta il PCB modi, dovrebbe essere fatto saggiamente perché i via causano un aumento dell'ampiezza del segnale e apportano induttanza e capacità aggiuntive. Per il caso di coppie differenziali, bisogna cercare di minimizzare il più possibile l'utilizzo dei via. Solo in caso di necessità utilizzare un comune anti-tampone ovale per ridurre la capacità parassita.

3. Disposizione dei componenti

• Separare analogico e digitale:Se disponi di circuiti analogici e digitali nello stesso progetto, schermare i circuiti analogici dai circuiti digitali e utilizzare quanti più strati possibile con masse separate.
• Proteggi l'analogico dall'alta velocità:Applicare una certa protezione schermando i circuiti analogici con i segnali di terra. Nei PCB multistrato, inserire piani di massa tra le tracce analogiche e i segnali ad alta velocità.
• Gestisci componenti ad alta velocità: Ridurre e segregare rapidamente, piccole parti che generano più EMI. Ridurre al minimo l'accoppiamento dei segnali ad alta velocità e assicurarsi che siano brevi e posizionati vicino ai piani di terra.

4. Schermatura EMI
   

Se l'eliminazione completa delle EMI non è possibile, bisogna optare per PCB schermatura. Interi circuiti stampati sono tenuti lontani dalle fonti EMI con l'aiuto di schermi esterni come le gabbie di Faraday, e gli scudi interni isolano particolari componenti sensibili all'interno delle schede. Schermatura del cavo, utilizzando rivestimenti conduttivi o coperture intrecciate, aiuta a contenere i segnali ad alta frequenza e a ridurre la trasmissione EMI.

Pensieri finali

In conclusione, la riduzione delle interferenze elettromagnetiche è un aspetto critico della progettazione PCB che non può essere trascurato. Con una comprensione delle cause delle EMI e delle tecniche di progettazione applicate, un ingegnere può produrre circuiti con funzionalità superiori sul PCB che possono funzionare in sicurezza dai rischi EMI. Poiché i moderni dispositivi elettronici stanno diventando sempre più sofisticati e sono presenti praticamente in ogni angolo della nostra vita, ciò significa anche che il problema delle EMI continuerà ad essere sempre più critico in futuro. Sebbene i problemi di riduzione delle EMI possano essere complessi, lavorare con specialisti affidabili nella progettazione di PCB può cambiare la situazione in meglio. Questo è il luogo in cui MOKO entra in scena. Utilizzando il nostro know-how nella progettazione di PCB ad alte prestazioni, siamo pronti ad assistervi nell'affrontare i problemi associati alla riduzione delle EMI e assistervi nel raggiungimento della compatibilità elettromagnetica. Entra in contatto con la tecnologia MOKO Proprio adesso!