PCB izstrādes laikā var darboties nevainojami, taču EMC testēšana var neizdoties pārmērīgu elektromagnētisko traucējumu (EMI) dēļ. Kad tas notiek, daudzi inženieri nekavējoties mēģina pievienot ferīta lodītes, kondensatorus, ekranēšanas lenti vai pārveidot korpusu. Dažreiz šie labojumi darbojas, bet bieži vien ne,-jo galvenais iemesls ir pašā PCB dizainā.

Lielākajā daļā digitālo sistēmu EMI problēmas var izsekot trīs pamatfaktoros:

• Pulksteņa signāli
• Harmoniskās sastāvdaļas
• Atgriezties strāvas ceļi

Izpratne par šiem trim elementiem jau projektēšanas procesa sākumā var ievērojami uzlabot jūsu izredzes izturēt EMC testus bez dārgas pārprojektēšanas.

Kāpēc pulksteņa signāli ir galvenais EMI avots?

Pulksteņa signāli pēc būtības ir periodiski, kas nozīmē, ka to enerģija tiek koncentrēta noteiktās frekvencēs, nevis tiek sadalīta nejauši.

Tajā pašā laikā pulksteņa līnijām parasti ir:

• Strauji augošas un krītošas ​​malas
• Spēcīga braukšanas spēja
• Nepārtraukta pārslēgšanas darbība

Kopā šīs īpašības padara pulksteņa pēdas par vienu no spēcīgākajiem elektromagnētiskā starojuma avotiem uz PCB.

Padomājiet par pulksteņa signālu kā nepārtrauktu enerģijas raidītāju. Ja tā atgriešanās ceļš ir slikti izstrādāts vai trase kļūst elektriski gara, tā var viegli darboties kā antena.

Pulksteņa frekvence nav viss stāsts-Harmonikas ir svarīgākas

Daudzi inženieri pieņem, ka EMI problēmas rodas no pulksteņa pamatfrekvences. Patiesībā bieži vien ir atbildīgas augstākas-kārtas harmonikas.

Piemēram:

• Pulksteņa frekvence:100 MHz
• EMI kļūme var rasties šādos gadījumos:
  • 300 MHz
  • 500 MHz
  • vai pat augstākas frekvences

Ideāls kvadrātveida vilnis satur bezgalīgas nepāra harmonikas (3., 5., 7. utt.). Lai gan īstie signāli nav ideāli kvadrātveida viļņi, tie joprojām rada ievērojamu harmonisko enerģiju, kas veicina EMI emisijas.

Biežas pulksteņa maršrutēšanas problēmas

Slikta pulksteņa maršrutēšana var viegli pārveidot signāla izsekojumu par efektīvu radiatoru.

Pie tipiskām kļūdām pieder:

Pārmērīgs pēdas garums

Jo garāka ir pulksteņa trase, jo spēcīgāks ir tā antenas efekts. Radiācija kļūst īpaši nozīmīga, ja izsekojums tuvojas vienai -ceturtdaļai no signāla viļņa garuma.

Nepilnīga zemes atsauce

Ja pulksteņa trase šķērso šķelto plakni vai maina slāņus, nenodrošinot atbilstošu atgriešanās ceļu, atgriešanās strāvai ir jāapiet, radot lielu strāvas cilpu, kas palielina starojumu.

Pārāk spēcīgs vadītāja spēks

Augstas -diska pulksteņa bufera izvēle var uzlabot laika robežas, bet arī radīt stāvākas signāla malas, ieviešot vairāk augstas-frekvences komponentu un padarot EMI grūtāk vadāmu.

Paraugprakse pulksteņa EMI samazināšanai

Vairākas projektēšanas metodes var efektīvi samazināt ar pulksteni{0}}saistītās emisijas:

Palēnināt malu likmes

Ja laiks ļauj, izmantojiet draiverus ar lēnāku apgriezienu ātrumu vai pievienojiet a22–33 Ω sērijas rezistorsnetālu no pulksteņa avota, lai mīkstinātu signāla pārejas.

Turiet pulksteņa pēdas īsas

Kad vien iespējams, novietojiet pulksteņa avotus to slodzes tuvumā. Liela attāluma-pārraidei izmantojiet diferenciālo pulksteņu standartus, piemēram,LVDSvar ievērojami samazināt parastā{0}}režīma starojumu.

Saglabājiet nepārtrauktu zemes atskaiti

Pulksteņa pēdām vienmēr ir jābrauc pāri nepārtrauktai iezemētai plaknei. Mainot slāņus, novietojiet zemējuma caurumus tuvu signāla caurumiem, lai nodrošinātu zemu -pretestības atgriešanās ceļu.

Apsveriet izkliedes spektra pulksteņa metodi (SSC)

Spektra izkliedes tehnoloģija nedaudz modulē pulksteņa frekvenci, sadalot enerģiju plašākā joslas platumā, nevis koncentrējot to uz diskrētām frekvencēm, tādējādi samazinot maksimālās emisijas.

Harmonikas: slēptais EMI pastiprinātājs

Katru ne-sinusoidālo periodisko signālu var sadalīt pamatfrekvenci un vairākās harmonikas.

Digitālie signāli, piemēram, kvadrātveida viļņi, dabiski satur daudz harmonisku komponentu.

Noderīgs inženiertehniskais noteikums ir:

Joslas platums ≈ 0,35 / pieauguma laiks

Piemēram, ja pieauguma laiks ir1 ns, efektīvais joslas platums sniedzas līdz aptuveni350 MHz, kas nozīmē, ka visā šajā frekvenču diapazonā pastāv ievērojama enerģija.

Kā harmonikas izraisa EMI problēmas

Frekvences reizināšana

A 50 MHzpulkstenis ražo:

• 3. harmonika → 150 MHz
• 5. harmonika → 250 MHz
• 7. harmonika → 350 MHz

Ja šīs frekvences sakrīt ar EMC mērījumu joslām, emisijas var pārsniegt normatīvos ierobežojumus.

Harmoniskā superpozīcija

Vairāki pulksteņu avoti vienā panelī var radīt harmonikas, kas pārklājas vai pastiprina viena otru, radot negaidīti augstu starojuma līmeni.

Harmoniskā EMI kontroles metodes

Samaziniet malas ātrumu

Lēnākas pārejas dabiski nomāc augstas{0}}frekvences harmonisko saturu.

Lietot zemas caurlaidības{0}}filtru

RC filtri vai ferīta lodītes, kas novietotas tuvu signāla avotam, var vājināt nevēlamus augstas -frekvences komponentus.

Dodiet priekšroku diferenciālajai signalizācijai

Diferenciālie pāri ģenerē pretējus elektromagnētiskos laukus, kas lielā mērā atceļ viens otru, ievērojami samazinot starojumu salīdzinājumā ar viena gala signāliem.

Atgriešanās pašreizējie ceļi: bieži aizmirstais faktors

Katrai signāla strāvai galu galā jāatgriežas savā avotā.

Liela ātruma signāliem{0}}atgriežas strāvanēvienkārši brauciet pa īsāko fizisko maršrutu. Tā vietā tas seko ceļamzemākā pretestība, parasti tieši zem signāla trases atskaites plaknē.

Jo mazāks ir cilpas laukums, ko veido signāls un tā atgriešanās strāva, jo zemāks ir izstarotais EMI.

Kas notiek, kad tiek pārtraukts atgriešanās ceļš?

Vairākas PCB izkārtojuma metodes var traucēt atgriešanās strāvu:

Šķērsojot sadalītās lidmašīnas

Kad signāls šķērso atstarpi starp atskaites plaknēm, atgriešanās strāvai ir jāpārvietojas, ievērojami palielinot cilpas laukumu un starojumu.

Slāņu pārejas bez zemes caurumiem

Ja signāls maina slāņus bez tuvumā esošām sašūšanas caurumiem, atgriešanās strāva nevar sekot efektīvi un ir jāatrod alternatīvi ceļi.

Pārmērīgs cauruļu blīvums

Pārāk daudz cauruļu, kas perforē atskaites plakni, samazina tās integritāti, liekot atgriezeniskās strāvas virzīties garākos maršrutos.

Jebkurā gadījumā lielākas strāvas cilpas darbojas kā lielākas cilpas antenas, palielinot EMI emisijas.

Kā uzturēt efektīvu atgriešanās ceļu

Labam PCB dizainam jāievēro šādi principi:

• Izvairieties no liela ātruma{0}}signālu maršrutēšanas pa sadalītām plaknēm.
• Pievienojiet zemējuma sašūšanas caurumus ikreiz, kad signāli maina slāņus.
• Saglabājiet nepārtrauktas atskaites plaknes zem kritiskajām pēdām.
• Saglabājiet pretestības nepārtrauktību visā -ātrdarbīgā maršrutēšanas laikā.

Šīs darbības vienlaikus uzlabo signāla integritāti un samazina EMI.

Praktisks piemērs: 150 MHz EMI kļūmes risināšana

Rūpnieciskā vadības panelis pārsniedza EMC ierobežojumus par6 dB pie aptuveni 150 MHz.

Izmeklēšana

• PCB izmantoja a25 MHz kristāla oscilators.
• The6. harmonikacieši atbilda atteices biežumam.
• Pulksteņa pēda mēra aptuveni5 cmun šķērsoja spēka{0}}lidmašīnu.

Koriģējošās darbības

• Saīsināja izsekošanu līdz2 cm
• Likvidēta maršrutēšana pāri sadalītajai plaknei
• Pievienots a33 Ω sērijas rezistors
• Novietoti zemējuma caurumi blakus slāņa{0}}pārejas caurumam

Rezultāts

Emisija plkst150 MHz samazinājās par aptuveni 8 dB, ļaujot izstrādājumam veiksmīgi izturēt EMC testu.

Secinājums

Lielāko daļu EMI kļūmju galu galā var izsekot trīs galvenajiem dizaina faktoriem:

Pulksteņa signāli

• Spēcīgi periodiski starojuma avoti
• Saglabājiet pēdas īsas
• Saglabājiet nepārtrauktu zemes atskaiti
• Apsveriet izkliedētā spektra pulksteņus

Harmonikas

• Augstas{0}}frekvences harmonikas bieži dominē EMI kļūmēs
• Lēnas malas likmes
• Lietot filtrēšanu
• Dodiet priekšroku diferenciālajai signalizācijai

Atgriezt pašreizējos ceļus

• Salauzti atgriešanās ceļi rada lielas izstarojošas cilpas
• Izvairieties no sadalītām plaknēm
• Pievienojiet zemējuma izšūšanas caurumus
• Saglabājiet nepārtrauktas atskaites plaknes

Labākā EMI stratēģija ir profilakse, nevis korekcija.Šo principu ievērošana shematiskā un PCB izkārtojuma izstrādes laikā ir daudz vienkāršāka{0}}un daudz lētāka- nekā plates pārprojektēšana pēc neveiksmīgas EMC pārbaudes.