Jak zmniejszyć zakłócenia elektromagnetyczne w projektowaniu PCB?

Interferencja elektromagnetyczna (EMI) jest rodzajem zakłóceń elektromagnetycznych, w którym energia jest przesyłana z jednego urządzenia elektronicznego do drugiego poprzez promieniowanie/przewodzenie, i niszczy jakość sygnału, powodujące awarie. Występuje niemal w każdym zakątku naszego życia. Na przykład, gdy nasz telefon komórkowy znajduje się w pobliżu działającego radia, usłyszymy brzęczący dźwięk, czyli zakłócenia elektromagnetyczne. Problem ten zawsze niepokoił projektantów PCB, którzy muszą zapewnić zgodność projektowanych przez siebie produktów elektronicznych EMC(Zgodność elektromagnetyczna). W rzeczywistości, trudno jest całkowicie uniknąć zakłóceń elektromagnetycznych, ale możemy w jak największym stopniu zredukować zakłócenia elektromagnetyczne podczas procesu projektowania. W tym artykule, podajemy kilka ważnych zasad projektowania mających na celu zmniejszenie zakłóceń elektromagnetycznych w płytkach PCB. Zanurzmy się od razu.

Co powoduje zakłócenia elektromagnetyczne w PCB?

Istnieją różne czynniki, które przyczyniają się do generowania zakłóceń elektromagnetycznych w PCB:

• Ze względu na wysoki wskaźnik zmian stanu, Najczęstszą przyczyną mogą być obwody cyfrowe wysokiej częstotliwości, w tym mikroprocesory i urządzenia pamięci.
• Zasilacze impulsowe i szybko przełączające tranzystory to główne źródła promieniowania EMI ze względu na ich szybkie zmiany prądu.
• Jeśli ścieżki sygnałowe są źle zaprojektowane lub poprowadzone, zwłaszcza te, które przenoszą sygnał o wysokiej częstotliwości, stają się źródłem zakłóceń elektromagnetycznych, ponieważ działają jak anteny.
• Pętle na poziomie gruntu i słabe uziemienie są również źródłami zakłóceń elektromagnetycznych spowodowanych prądami zakłócającymi. Kiedy płaszczyzny mocy nie są połączone płynnie, tworzą nieciągłości impedancji, co prowadzi do odbić sygnału i zakłóceń elektromagnetycznych.
• Problemy te mogą być spotęgowane przez niewłaściwe umiejscowienie komponentu i nieodpowiednie ekranowanie, dlatego EMI jest jednym z głównych wyzwań podczas projektowania płytek PCB.

Dlaczego ważne jest zmniejszenie zakłóceń elektromagnetycznych?

po pierwsze, jest zgodny ze środkami regulacyjnymi, takimi jak stosowanie przepisów FCC i oznakowanie CE, które jest obowiązkowe na rynkach, na których sprzedawane są urządzenia elektroniczne. Niezastosowanie się do wytycznych może skutkować zwiększeniem wydatków, np. przeprojektowaniem, późne wejście produktu na rynek, i ewentualnie problemy prawne.
Po drugie, redukcja zakłóceń elektromagnetycznych poprawia wydajność i jakość używanych elementów elektronicznych. Wysoki poziom zakłóceń elektromagnetycznych może wpływać na jakość sygnału do niepożądanego poziomu, skutkując uszkodzeniem danych, awarie systemowe lub całkowita awaria urządzenia. We wrażliwych zastosowaniach, takich jak sprzęt medyczny lub elektronika samochodowa, takie problemy mogą być śmiertelne.
Również, zmniejszenie poziomu EMI zapewnia lepsze doświadczenia użytkownika, ponieważ na działanie odpowiednich urządzeń nie mają wpływu inne urządzenia znajdujące się w pobliżu, takie jak na przykład telefon komórkowy zakłócający radio.
Wreszcie, dobry projekt EMI powoduje również poprawę wydajności energetycznej i rozpraszania ciepła, przekłada się na dłuższą żywotność baterii w produktach przenośnych, i zwiększoną żywotność produktu.

Kluczowe zasady projektowania redukcji zakłóceń elektromagnetycznych

Typowe problemy EMC z płytkami PCB są zasadniczo związane z błędami projektowymi, które wynikają z zakłóceń ze ścieżek, obwody, sposoby, i inne powiązane funkcje na płycie. W tej sekcji zostaną przedstawione podstawowe zasady projektowania płytek PCB i najlepsze praktyki z kilku różnych aspektów, aby zmniejszyć problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi:

1. Płaszczyzna naziemna

• Maksymalizuj powierzchnię gruntu:Na dużym terenie, Sygnały można łatwiej rozproszyć, co pozwala zredukować przesłuchy i szumy. W związku z tym, musimy maksymalnie zwiększyć powierzchnię uziemienia na płytce drukowanej. Jeżeli warstwa gruntu jest za mała, możemy stworzyć wielowarstwową płytkę PCB.
• Ostrożnie używaj podzielonych płaszczyzn podłoża: Dzielenie powinno odbywać się selektywnie, gdyż wtedy płaszczyzny cięcia są źle ustawione, istnieje możliwość dokupienia anten szczelinowych, co wzmocni promieniowanie EMI.
• Minimalizuj połączenia między oddzielnymi płaszczyznami uziemienia: Idealnie, połącz podzielone płaszczyzny podłoża w jednym miejscu. Kilka punktów połączeń uziemiających może być problematycznych, ponieważ tworzą pętle, co z kolei oznacza dodatkową emisję z PCB.
• Optymalizacja rozmieszczenia kondensatorów obejściowych: Przylutuj kondensatory obejściowe lub odsprzęgające do płaszczyzny uziemienia w odpowiedni sposób, minimalizując ścieżki prądu powrotnego i rozmiary pętli, aby zredukować zakłócenia elektromagnetyczne.

2. Układ śledzenia

• Projekt zgięcia: Zastąp ostre zakręty 90 stopni kątami zaokrąglonymi lub 45 stopni. Pomaga to utrzymać stałą impedancję i redukuje odbicia sygnału.
• Separacja sygnału: Pożądane może być filtrowanie sygnałów o dużej prędkości (jak na przykład linie zegara) od tych o niskiej prędkości. Wskazane jest oddzielenie sygnałów analogowych i cyfrowych w celu zmniejszenia poziomu zakłóceń.
• Optymalizacja ścieżki powrotnej: Projekt krótki, bezpośrednie ścieżki powrotne, aby zminimalizować obszary pętli, a tym samym zminimalizować zakłócenia elektromagnetyczne.
• Routing par różnicowych: Poprowadź ścieżki różnicowe blisko, aby uzyskać lepsze sprzężenie i przełączyć szum do trybu wspólnego, który jest mniej problematyczny dla wejść różnicowych.
• Przez użycie: Podczas projektowania PCB sposoby, należy to robić mądrze, ponieważ przelotki powodują wzrost amplitudy sygnału i dodają indukcyjność i pojemność. W przypadku par różnicowych, należy starać się minimalizować użycie przelotek tak bardzo, jak to możliwe. Tylko w razie konieczności należy zastosować zwykłą owalną antypodkładkę w celu zmniejszenia pojemności pasożytniczej.

3. Układ komponentów

• Oddzielne analogowe i cyfrowe:Jeśli masz obwody analogowe i cyfrowe w tym samym projekcie, ekranuj obwody analogowe od obwodów cyfrowych i używaj jak największej liczby warstw z oddzielnymi uziemieniami.
• Chroń sygnał analogowy przed dużą prędkością:Zastosuj pewne zabezpieczenie, ekranując obwody analogowe sygnałami masy. W wielowarstwowych PCB, umieść płaszczyzny uziemienia pomiędzy ścieżkami analogowymi i sygnałami o dużej prędkości.
• Zarządzaj szybkimi komponentami: Szybko redukuj i segreguj, małe części, które generują więcej zakłóceń elektromagnetycznych. Zminimalizuj sprzężenie sygnałów o dużej prędkości i upewnij się, że są krótkie i znajdują się blisko płaszczyzn uziemienia.

4. Ekranowanie EMI
   

Jeśli całkowita eliminacja zakłóceń elektromagnetycznych nie jest możliwa, trzeba się zdecydować PCB zastawianie. Całe płytki drukowane są trzymane z dala od źródeł zakłóceń elektromagnetycznych za pomocą zewnętrznych osłon, takich jak klatki Faradaya, a wewnętrzne osłony izolują poszczególne wrażliwe elementy płyt. Ekranowanie kabla, stosując powłoki przewodzące lub osłony plecione, pomaga zatrzymać sygnały o wysokiej częstotliwości i zmniejszyć transmisję EMI.

Końcowe przemyślenia

Podsumowując, redukcja zakłóceń elektromagnetycznych jest krytycznym aspektem projektowania PCB, którego nie można przeoczyć. Ze zrozumieniem przyczyn zakłóceń elektromagnetycznych i stosowanych technik projektowania, inżynier może wyprodukować lepiej funkcjonujące obwody na płytce drukowanej, które będą działać bezpiecznie przed zagrożeniami EMI. Ponieważ nowoczesne urządzenia elektroniczne są coraz bardziej wyrafinowane i znajdują się praktycznie w każdym zakątku naszego życia, oznacza to również, że problem zakłóceń elektromagnetycznych będzie w przyszłości coraz bardziej krytyczny. Chociaż problemy redukcji zakłóceń elektromagnetycznych mogą być złożone, współpraca ze sprawdzonymi specjalistami od projektowania PCB może zmienić sytuację na lepsze. To właśnie w to miejsce na obrazku wkracza MOKO. Wykorzystanie naszego know-how w projektowaniu wysokowydajnych płytek PCB, jesteśmy gotowi pomóc w rozwiązaniu problemów związanych z redukcją zakłóceń elektromagnetycznych i pomóc w osiągnięciu kompatybilności elektromagnetycznej. Skontaktuj się z MOKO Technology już teraz!