Электромагнитные помехи (ЭМП) — это тип электромагнитных помех, при которых энергия передается от одного электронного устройства к другому посредством излучения/проводимости, ухудшая качество сигнала и вызывая сбои. Они присутствуют практически во всех сферах нашей жизни. Например, когда наш мобильный телефон находится рядом с работающим радиоприемником, мы слышим жужжащий звук — это электромагнитные помехи. Эта проблема всегда беспокоила разработчиков печатных плат, которые должны обеспечить соответствие разрабатываемых ими электронных изделий требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС) . На самом деле, полностью избежать электромагнитных помех сложно, но мы можем максимально снизить их на этапе проектирования. В этой статье мы перечислим несколько важных правил проектирования для снижения электромагнитных помех на печатных платах. Давайте начнем.
Что вызывает электромагнитные помехи в печатных платах?
Существуют различные факторы, способствующие возникновению электромагнитных помех в печатных платах:
- Распространенной причиной могут быть высокочастотные цифровые схемы, включая микропроцессоры и запоминающие устройства, из-за высокой скорости смены состояний.
- Импульсные источники питания и быстродействующие транзисторы являются основными источниками электромагнитного излучения из-за быстрых изменений тока.
- Если сигнальные трассы спроектированы или проложены ненадлежащим образом, особенно те, по которым передается высокочастотный сигнал, они становятся источником электромагнитных помех, поскольку действуют как антенны.
- Петли на уровне земли и плохое заземление также являются источниками ЭМП из-за токов помех. Когда силовые плоскости не соединены бесшовно, они создают разрывы импеданса, что в дальнейшем приводит к отражениям сигнала и ЭМП.
- Эти проблемы могут усугубляться неправильным расположением компонента и недостаточным экранированием, поэтому электромагнитные помехи являются одной из основных проблем проектирования печатных плат.
Почему важно снижать уровень электромагнитных помех?
Во-первых, он соответствует нормативным мерам, таким как использование правил FCC и маркировка CE, которая является обязательной на рынках, где продаются электронные устройства. Несоблюдение руководящих принципов может привести к увеличению расходов, таких как перепроектирование, поздний выход продукта на рынок и возможные юридические проблемы.
Во-вторых, снижение ЭМП повышает производительность и качество используемых электронных устройств. Высокие уровни ЭМП могут повлиять на качество сигнала до нежелательного уровня, что приведет к повреждению данных, системным сбоям или полному отказу устройства. В чувствительных приложениях, таких как медицинское оборудование или автомобильная электроника, такие проблемы могут быть фатальными.
Кроме того, снижение электромагнитных помех приводит к улучшению пользовательского опыта, поскольку на работу соответствующих устройств не влияют другие устройства, расположенные в непосредственной близости, например, помехи от мобильного телефона в работе радио.
Наконец, хорошая конструкция с учетом ЭМП также приводит к повышению энергоэффективности и рассеиванию тепла, что приводит к увеличению срока службы батареи в портативных устройствах и увеличению срока службы самого изделия.
Основные принципы проектирования систем снижения электромагнитных помех
Распространенные проблемы ЭМС с печатными платами в основном связаны с ошибками проектирования, которые возникают из-за помех от дорожек, цепей, переходных отверстий и других связанных функций на плате. В этом разделе будут представлены основные принципы проектирования печатных плат и передовой опыт с нескольких различных аспектов для уменьшения проблем с электромагнитными помехами:
Наземный самолет
- Увеличьте площадь заземления: на большой площади заземления сигналы могут быть рассеяны легче, чтобы уменьшить перекрестные помехи и шум. Поэтому нам нужно максимально увеличить площадь заземления в пределах печатной платы. Если слой заземления слишком мал, мы можем создать многослойную печатную плату.
- Используйте разделенные заземляющие плоскости осторожно: разделение следует выполнять выборочно, поскольку при неудачном расположении разделенных заземляющих плоскостей можно получить щелевые антенны, которые усилят электромагнитное излучение.
- Минимизируйте соединения между отдельными заземляющими плоскостями: в идеале соедините разделенные заземляющие плоскости только в одном месте. Несколько точек заземляющих соединений могут быть проблематичными, поскольку они создают петли, которые, в свою очередь, означают дополнительные выбросы от вашей печатной платы.
- Оптимизация размещения шунтирующих конденсаторов: Припаяйте шунтирующие или развязывающие конденсаторы к заземляющей плоскости соответствующим образом, минимизировав пути обратного тока и размеры контуров, чтобы снизить электромагнитные помехи.
Схема трассировки
- Конструкция изгиба: замените острые 90-градусные изгибы на закругленные или 45-градусные. Это помогает поддерживать постоянный импеданс и уменьшает отражения сигнала.
- Разделение сигнала: может быть желательно отфильтровать высокоскоростные сигналы (например, линии синхронизации) от низкоскоростных. Желательно, чтобы аналоговые и цифровые сигналы были разделены, чтобы снизить уровень помех.
- Оптимизация обратного пути: проектируйте короткие, прямые обратные пути, чтобы минимизировать площади контуров и, следовательно, минимизировать электромагнитные помехи.
- Разводка дифференциальных пар: прокладывайте дифференциальные дорожки близко друг к другу, чтобы улучшить связь и перевести шум в синфазный режим, что менее проблематично для дифференциальных входов.
- Использование: При проектировании Печатные платы ВЬЯС, это следует делать с умом, поскольку переходные отверстия вызывают увеличение амплитуды сигнала и приносят дополнительную индуктивность и емкость. В случае дифференциальных пар нужно стараться минимизировать использование переходных отверстий насколько это возможно. Только в случае необходимости используйте общую овальную анти-площадку для уменьшения паразитной емкости.
Расположение компонентов
- Разделите аналоговые и цифровые цепи: если в одной конструкции имеются как аналоговые, так и цифровые цепи, экранируйте аналоговые цепи от цифровых и используйте как можно больше слоев с отдельными заземлениями.
- Защитите аналоговые цепи от высокоскоростных сигналов: используйте некоторую защиту, экранируя аналоговые цепи с помощью заземляющих сигналов. В многослойных печатных платах размещайте заземляющие плоскости между аналоговыми дорожками и высокоскоростными сигналами.
- Управление высокоскоростными компонентами: Уменьшите и быстро отделите мелкие детали, которые генерируют больше электромагнитных помех. Минимизируйте связь высокоскоростных сигналов и убедитесь, что они короткие и расположены вблизи заземляющих плоскостей.
EMI экранирование
Если полное устранение электромагнитных помех невозможно, приходится прибегать к экранированию печатных плат . Вся печатная плата изолируется от источников электромагнитных помех с помощью внешних экранов, таких как клетки Фарадея, а внутренние экраны изолируют отдельные чувствительные компоненты внутри плат. Экранирование кабелей с использованием проводящих покрытий или оплетки помогает сдерживать высокочастотные сигналы и снижать передачу электромагнитных помех.
Заключение
В заключение, снижение электромагнитных помех является критически важным аспектом проектирования печатных плат, который нельзя игнорировать. Понимание причин возникновения ЭМП и применение соответствующих методов проектирования позволяют инженеру создавать на печатной плате более функциональные схемы, работающие безопасно и без риска возникновения ЭМП. Поскольку современные электронные устройства становятся все более сложными и присутствуют практически во всех сферах нашей жизни, это также означает, что проблема ЭМП будет становиться все более актуальной в будущем. Хотя проблемы снижения ЭМП могут быть сложными, сотрудничество с надежными специалистами по проектированию печатных плат может изменить ситуацию к лучшему. Именно здесь вступает в игру MOKO. Используя наши знания в области проектирования высокопроизводительных печатных плат, мы готовы помочь вам в решении проблем, связанных со снижением ЭМП, и в обеспечении электромагнитной совместимости. Свяжитесь с MOKO Technology прямо сейчас!
