Elektromagnetische interferentie (EMI) is een vorm van elektromagnetische interferentie waarbij energie van het ene elektronische apparaat naar het andere wordt overgedragen door middel van straling/geleiding. Dit verstoort de signaalkwaliteit en veroorzaakt storingen. EMI is in bijna elk aspect van ons leven aanwezig. Als onze mobiele telefoon bijvoorbeeld in de buurt van een radio is, horen we een zoemend geluid. Dit is elektromagnetische interferentie. Dit probleem houdt PCB-ontwerpers al lange tijd bezig, omdat zij ervoor moeten zorgen dat de elektronische producten die zij ontwerpen voldoen aan de EMC-normen (elektromagnetische compatibiliteit) . Het is lastig om elektromagnetische interferentie volledig te vermijden, maar we kunnen EMI tijdens het ontwerpproces wel zoveel mogelijk beperken. In dit artikel bespreken we een aantal belangrijke ontwerpregels om elektromagnetische interferentie op printplaten te verminderen. Laten we beginnen.
Wat veroorzaakt elektromagnetische interferentie op een printplaat?
Er zijn verschillende factoren die bijdragen aan het ontstaan van elektromagnetische interferentie op PCB's:
- Vanwege hun hoge frequentie van toestandsovergangen kunnen digitale circuits met hoge frequenties, zoals microprocessors en geheugenapparaten, de meest voorkomende oorzaak zijn.
- Schakelende voedingen en snel schakelende transistoren zijn de grootste bron van EMI-straling vanwege hun snelle stroomvariaties.
- Als signaalsporen op een slechte manier zijn ontworpen of gerouteerd, met name de sporen die een hoogfrequent signaal transporteren, vormen ze een bron van EMI omdat ze als antennes fungeren.
- Lussen op grondniveau en slechte aarding zijn ook bronnen van elektromagnetische interferentie (EMI) door interferentiestromen. Wanneer voedingsvlakken niet naadloos op elkaar aansluiten, ontstaan er impedantiediscontinuïteiten, wat verder leidt tot signaalreflecties en EMI.
- Deze problemen kunnen verergerd worden door een verkeerde positionering van het onderdeel en onvoldoende afscherming. Daarom vormt EMI een van de grootste uitdagingen bij PCB-ontwerp.
Waarom is het belangrijk om EMI te verminderen?
Ten eerste voldoet het aan de regelgeving, zoals de FCC-voorschriften en de CE-markering die verplicht is op markten waar elektronische apparaten worden verkocht. Het niet naleven van de richtlijnen kan leiden tot hogere kosten, zoals herontwerp, een te late marktintroductie van het product en mogelijke juridische problemen.
Ten tweede verbetert de vermindering van EMI de prestaties en de kwaliteit van elektronische apparaten die in gebruik zijn. Hoge EMI-niveaus kunnen de signaalkwaliteit tot een ongewenst niveau beïnvloeden, wat kan leiden tot datacorruptie, systeemstoringen of een volledig defect van het apparaat. In gevoelige toepassingen zoals medische apparatuur of auto-elektronica kunnen dergelijke problemen fataal zijn.
Bovendien zorgt een lagere EMI voor een betere gebruikerservaring, omdat de werking van de betreffende apparaten niet wordt beïnvloed door andere apparaten in de buurt, zoals bijvoorbeeld een mobiele telefoon die de radio verstoort.
Ten slotte resulteert een goed EMI-ontwerp ook in een verbetering van de energie-efficiëntie en warmteafvoer, wat zich vertaalt in een langere levensduur van de batterij in draagbare producten en een langere levensduur van het product.
Belangrijkste ontwerpprincipes voor het verminderen van elektromagnetische interferentie
Veelvoorkomende EMC-problemen met printplaten houden in principe verband met ontwerpfouten die voortkomen uit interferentie van sporen, circuits, via's en andere gerelateerde onderdelen op de printplaat. In dit hoofdstuk worden de basisprincipes en best practices voor printplaatontwerp vanuit verschillende invalshoeken geïntroduceerd om elektromagnetische interferentie te verminderen:
Grondvliegtuig
- Maximaliseer het grondoppervlak: op een groot grondoppervlak kunnen signalen gemakkelijker worden verspreid om overspraak en ruis te verminderen. Daarom moeten we het grondoppervlak binnen de PCB zoveel mogelijk vergroten. Als de grondlaag te klein is, kunnen we een meerlaagse PCB maken.
- Ga voorzichtig om met gesplitste grondvlakken: het splitsen moet selectief gebeuren. Als de snijvlakken slecht gepositioneerd zijn, is het namelijk mogelijk om sleufantennes te verkrijgen, die de EMI-straling versterken.
- Minimaliseer verbindingen tussen afzonderlijke aardingsvlakken: verbind gesplitste aardingsvlakken idealiter op slechts één locatie. Meerdere aardingspunten kunnen problematisch zijn omdat ze lussen veroorzaken, wat op zijn beurt leidt tot extra emissies van uw PCB.
- Optimalisatie van de plaatsing van bypass-condensatoren: soldeer bypass- of ontkoppelingscondensatoren op een geschikte manier aan het aardvlak, met minimale retourstroompaden en lusgroottes, om EMI te verminderen.
Traceringslay-out
- Bochtontwerp: Vervang scherpe bochten van 90 graden door afgeronde of 45 graden hoeken. Dit zorgt voor een consistente impedantie en vermindert signaalreflecties.
- Signaalscheiding: Het kan wenselijk zijn om hogesnelheidssignalen (zoals bijvoorbeeld kloksignalen) te filteren van lagesnelheidssignalen. Het is raadzaam om de analoge en digitale signalen te scheiden om de interferentie te verminderen.
- Optimalisatie van het retourpad: ontwerp korte, directe retourpaden om de lusgebieden en daarmee de EMI te minimaliseren.
- Differentiële parenroutering: routeer differentiële sporen dicht bij elkaar voor een betere koppeling en verplaats ruis naar de common-mode, wat minder problematisch is voor differentiële ingangen.
- Via Gebruik: Bij het ontwerpen van de PCB via'sDit moet verstandig worden gedaan, omdat de via's een toename van de signaalamplitude veroorzaken en extra inductie en capaciteit met zich meebrengen. Bij differentiële paren moet men proberen het gebruik van via's zoveel mogelijk te minimaliseren. Gebruik alleen in noodgevallen een gemeenschappelijke ovale anti-pad om de parasitaire capaciteit te verminderen.
Componentenopstelling
- Gescheiden analoog en digitaal: als u zowel analoge als digitale circuits in hetzelfde ontwerp hebt, schermt u de analoge circuits af van de digitale circuits en gebruikt u zoveel mogelijk lagen met afzonderlijke aarding.
- Bescherm analoge signalen tegen hoge snelheden: Bescherm de analoge circuits door ze af te schermen met de aardsignalen. Plaats bij meerlaagse PCB's aardvlakken tussen de analoge sporen en de hogesnelheidssignalen.
- Beheer hogesnelheidscomponenten: verminder en scheid snel kleine onderdelen die meer EMI genereren. Minimaliseer de koppeling van hogesnelheidssignalen en zorg ervoor dat ze kort zijn en zich dicht bij de aardvlakken bevinden.
EMI-afscherming
Als volledige eliminatie van elektromagnetische interferentie (EMI) niet mogelijk is, moet men kiezen voor PCB- afscherming . Volledige printplaten worden afgeschermd van EMI-bronnen met behulp van externe afschermingen zoals Faraday-kooien, en interne afschermingen isoleren specifieke gevoelige componenten op de printplaat. Kabelafscherming, met behulp van geleidende coatings of gevlochten omhulsels, helpt hoogfrequente signalen te beperken en de EMI-overdracht te verminderen.
Conclusie
Kortom, het verminderen van elektromagnetische interferentie (EMI) is een cruciaal aspect van PCB-ontwerp dat niet over het hoofd gezien mag worden. Door inzicht te hebben in de oorzaken van EMI en de juiste ontwerptechnieken toe te passen, kan een engineer beter functionerende circuits op de PCB produceren die veilig werken zonder EMI-risico's. Omdat moderne elektronische apparaten steeds geavanceerder worden en praktisch overal in ons leven aanwezig zijn, betekent dit ook dat het probleem van EMI in de toekomst steeds kritischer zal worden. Hoewel het verminderen van EMI een complex probleem kan zijn, kan samenwerken met betrouwbare PCB-ontwerpspecialisten de situatie ten goede veranderen. Dat is waar MOKO in beeld komt. Met onze expertise in hoogwaardig PCB-ontwerp staan we klaar om u te helpen bij het aanpakken van de problemen die gepaard gaan met EMI-reductie en het bereiken van elektromagnetische compatibiliteit. Neem vandaag nog contact op met MOKO Technology !
