Электромагнитные помехи (ЭМП) — это тип электромагнитных помех, при котором энергия передается от одного электронного устройства к другому посредством излучения/проводимости и разрушает качество сигнала, вызывая сбои. Они присутствуют практически в каждом уголке нашей жизни. Например, когда наш мобильный телефон находится рядом с работающим радио, мы слышим жужжащий звук, который является электромагнитными помехами. Эта проблема всегда беспокоила проектировщиков печатных плат, которые должны гарантировать, что электронные продукты, которые они проектируют, могут соответствовать ЭМС (Электромагнитная совместимость). На самом деле, полностью избежать электромагнитных помех сложно, но мы можем максимально снизить ЭМП в процессе проектирования. В этой статье мы перечислим несколько важных правил проектирования для снижения электромагнитных помех в печатных платах. Давайте сразу же приступим.
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 ЭМП невозможно, следует выбрать Печатные платы экранирование. Целые печатные платы защищены 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 плетеных оболочек помогает сдерживать высокочастотные сигналы и уменьшать передачу электромагнитных помех.
Заключение
В заключение следует отметить, что снижение электромагнитных помех является критически важным аспектом проектирования печатных плат, который нельзя упускать из виду. Понимая причины возникновения ЭМП и применяемые методы проектирования, инженер может создавать более эффективные схемы на печатной плате, которые могут безопасно работать с учетом рисков ЭМП. Поскольку современные электронные устройства становятся все более сложными и присутствуют практически в каждом уголке нашей жизни, это также означает, что проблема ЭМП будет становиться все более важной в будущем. Хотя проблемы снижения ЭМП могут быть сложными, работа с надежными специалистами по проектированию печатных плат может изменить ситуацию к лучшему. Именно здесь на сцену выходит MOKO. Используя наши ноу-хау в области проектирования высокопроизводительных печатных плат, мы готовы помочь вам в решении проблем, связанных со снижением ЭМП, и достижении электромагнитной совместимости. Свяжитесь с MOKO Technology прямо сейчас!
