EMC PCB:een handige manier om elektromagnetische interferentie tegen te gaan

Bent u al eens tegengekomen dat een tv radiosignalen verstoort? Of heb je je ooit afgevraagd waarom je elektronische apparaten uitschakelt als je aan boord gaat van een vliegtuig? Welnu, de reden is simpel; elektromagnetische interferentie (EMI). EMI is een vrij algemeen verschijnsel bij elektronische apparaten. Maar de vraag hier is:hoe bestuur je EMI? Dat is waar de EMC-printplaat tussenkomt. Hoewel u EMI niet kunt elimineren, kunt u het effect ervan verminderen en interferentie met dit PCB-ontwerp voorkomen.

Lees verder voor meer informatie over EMC-printplaten en hoe u ze kunt ontwerpen.

Wat is EMI/EMC in PCB's?

Elektromagnetische interferentie

EMI is als een ziekte die elektronische circuits aantast. Het is inderdaad een elektronische storing die de signaalkwaliteit van elk elektronisch circuit aantast en storingen veroorzaakt. Deze elektronische storing is ook energie die zich voortplant door geleiding of straling van elektronische apparaten.

Interessant is dat EMI het apparaat kan beïnvloeden en een storing kan veroorzaken en andere apparaten in de buurt. Elektromagnetische interferentie kan op elke frequentie voorkomen, maar begint meestal boven 50 MHz.

Elektronische apparaten

Aan de andere kant zorgt EMC (elektromagnetische compatibiliteit) ervoor dat elektronische systemen kunnen werken zonder zware EMI vrij te geven. Het stelt een systeem ook in staat om optimale prestaties te bepalen bij het werken onder veilige omstandigheden.

Alle elektronische apparaten die u bouwt, mogen niet afwijken van de EMI/EMC-normen. Anders heeft EMI voortdurend invloed op de prestaties. Daarom moet u EMI beheersen tijdens het ontwerpen van uw PCB's.

Bovendien is het niet eenvoudig om EMI te regelen nadat u uw ontwerpen hebt voltooid. Dus in werkelijkheid zult u veel geld uitgeven, wat het probleem misschien niet oplost.

Het ontwerpen van een EMC-bord vereist dus focus op PCB-lay-out, componentselectie en circuitontwerp.

Ontwerprichtlijnen voor EMI en EMC

Hoewel u geen PCB kunt ontwerpen met lage of nul elektromagnetische interferentie, kunt u er wel een maken die geen ondraaglijke EMI genereert. We hebben enkele ontwerprichtlijnen die ongewenste EM-emissies helpen verminderen.

1. Gebruik apparaten voor opbouwmontage in plaats van geleide apparaten

Apparaten voor opbouwmontage

Als u zich aan de EMI-standaard wilt houden, is SMD een keuze voor uw componenten. Loodhoudende componenten hebben hogere inductantie-eigenschappen en zullen frequenties van meer dan 100 MHz genereren. Om deze reden zou het gebruik van meerdere doorlopende componenten op je bord overmatig veel ruis veroorzaken.

Op het oppervlak gemonteerde apparaten hebben echter lagere inductantie-eigenschappen en een hoge dichtheid. Daarom kunnen op het oppervlak gemonteerde apparaten EMC/EMI-problemen helpen verminderen.

2. Ruimte en ontwerp uw traceerlay-out correct

PCB-sporen

Uw PCB's hebben geen stroomvoerende compatibiliteit zonder sporen. Maar als er bochten of kruisen op je paden zijn, zou het een antenne creëren. En dat is wat we willen vermijden.

Hier volgen enkele standaardregels voor het ontwerpen van sporen:

• Plaats altijd minimaal 3W ruimte tussen je sporen (W voor breedte). Ook moet u alle signalen van andere paden scheiden. Met deze regel kunt u koppeling en overspraak tussen aangrenzende sporen minimaliseren.
• Gebruik geen haakse bochten voor je sporen. U kunt in plaats daarvan hoeken van 45 graden gebruiken. Waarom? Omdat haakse bochten de capaciteit kunnen verhogen en de impedantiewaarde kunnen veranderen, waardoor reflecties ontstaan.

Rechthoekige sporen

• Probeer je differentiële sporen bij het routeren te houden. Het zou de koppelingsfactor en het regelgeluid maximaliseren.

• Gebruik via's alleen als dat nodig is. Probeer het gebruik van via's zoveel mogelijk te vermijden.

Via's kunnen parasitaire inductie veroorzaken vanwege het impedantieverschil tussen het en de sporen. Maar als u het gebruik van via's niet kunt vermijden, zorg er dan voor dat u uw grond via's dicht bij de signaal via's plaatst.

PCB-via's

• Stubs werken niet in hoogfrequente en gevoelige sporen. Stubs genereren reflecties en kunnen mogelijk een golflengteantenne aan uw circuit toevoegen.

3. Gebruik de juiste grondvlakken

U mag alleen grondvlakken met lage inductantiewaarden gebruiken. Anders annuleert het uw inspanningen om EMC-problemen op te lossen.

Gelukkig krijg je een grondvlak met een lage inductantie door het grondoppervlak van je PCB te vergroten. Het zou ook helpen om overspraak en EM-opwekking te verminderen. Laten we eens kijken naar enkele van de ontwerptips die we aanbevelen.

Opmerking:sluit uw componenten niet willekeurig aan op massapunten. Het is geen goede gewoonte.

• Het is niet nodig om ruimte te besparen op je grondvliegtuig. Zorg er in plaats daarvan voor dat u elke centimeter ervan gebruikt om te profiteren van de kleine inductiewaarde.
• Je kunt niet altijd grondvlakken gebruiken voor tweelaagse PCB's. Maar u kunt aardrasters gebruiken en de afstand ertussen bepaalt hun inductantiewaarden.
• In feite zijn lange retourpaden niet nodig voor EMC-printplaten. In plaats daarvan heeft een kort retourpad betere EMC-prestaties vanwege de lagere impedantie.
• Isoleer ook lawaaierige omgevingen met de kooiring van Faraday. Je kunt een kooiring van Faraday maken door de grond op de rand van het bord te plaatsen. Dan zal de kooi voorkomen dat signalen buiten de grens worden geleid.
• In werkelijkheid kunnen gespleten openingen je circuit in de war brengen, dus wees voorzichtig met hoe je ze gebruikt. Gespleten openingen kunnen ongelijkmatige gebieden creëren die de impedantie verhogen.
• Zorg ervoor dat u ook lagesnelheidscircuits dicht bij het vermogensvlak en hogesnelheidscircuits dicht bij het grondvlak plaatst.
• Laat geen zwevende kopervulgebieden achter. Houd ze altijd geaard, anders creëer je een antenne.

4. Hoe u uw PCB-lagen rangschikt

De laagarrangementen van uw PCB bepalen ook de EMC-prestaties. Als u twee of meer gelaagde planken ontwerpt, moet u een hele laag aan het grondvlak wijden. Vierlaagse boards moeten echter een stroomvlak onder het grondvlak hebben.

Hier zijn enkele ontwerprichtlijnen voor het rangschikken van PCB-lagen:

• Gebruik eerst grondroosters als je niet een hele laag voor het grondvlak op een tweelaags bord kunt gebruiken.
• Zorg er vervolgens voor dat de grondsporen evenwijdig zijn aan uw krachtsporen, vooral als u een apart vlak gebruikt.
• Als uw PCB-ontwerp meer dan vier lagen heeft, raden we u aan de volgende PCB-opstelling te gebruiken:signaallaag-grondlaag-vermogenslaag-signaallaag.

5. Maak gebruik van afscherming.

Afscherming is een effectieve methode om EM-emissies tegen te gaan. Dus bij geleidende/magnetische materialen kunnen afschermende afdekkingen signalen beschermen tegen externe interferentie en informatieverlies voorkomen.

We raden aan om kabelafscherming te gebruiken. Waarom? Omdat kabels een belangrijke bron van EMI zijn, vooral kabels die analoge en digitale signalen verzenden. Deze kabels hebben ook een hoge parasitaire capaciteit en inductantie.

Maar u kunt dergelijke EMI-problemen voorkomen door kabelafscherming te gebruiken.

5. Scheid alle gevoelige componenten

Elektronische componenten

Een EMC-vriendelijk ontwerp bereik je niet door alle componenten te clusteren. Scheid ze in plaats daarvan op basis van hun bedrijfssignalen, zoals digitale, analoge, lage snelheid, hoge snelheid en voedingssignalen.

Een ander ding om te doen is de signaalsporen van elke groep te scheiden en ze in hun specifieke gebied te plaatsen. Bovendien zou een filter geweldig zijn als één signaal door verschillende subsystemen stroomt.

EMC-normen

EMC-normen

Hoewel er verschillende versies van EMC-normen zijn, halen de meeste inspiratie uit IEC-normen.

Deze EMC-normen creëerden twee vereisten waaraan elk elektronisch apparaat moet voldoen. Deze vereisten omvatten:

• Elektronische apparaten mogen geen negatieve elektromagnetische interferentie veroorzaken en naar andere apparaten verzenden.
• Elektronische apparaten moeten ook bestand zijn tegen EMI van andere apparaten.

Klik hier voor meer informatie over de verschillende EMC-normen.

Andere voorzorgsmaatregelen voor PCB EMC-ontwerpen

Hier zijn een paar tips om de prestaties van uw EMC-printplaatontwerp te verbeteren.

1. Wees eerst voorzichtig bij het ontwerpen of lokaliseren van uw oscillatorlay-outs. Daarom moet u alle oscillatortanklussen ver weg houden van analoge circuits, connectoren en lage-snelheidssignalen. Onthoud dat deze tip van toepassing is op de printplaat en doosruimte van het bord.

2. U moet ook weten dat niet alle PCB's hetzelfde zijn. Sommige ontwerpen hebben mogelijk gefilterde connectoren nodig om ruis weg te filteren. Bovendien moet u uw connector aan het chassis en de PCB vastmaken.

3. Rijd vervolgens geen snelle of lawaaierige lijnen in de buurt van de rand van je bord. Lawaaierige sporen kunnen gemakkelijk geluid opvangen, dus u moet ze uit de buurt houden van gebieden die lawaai genereren. Deze gebieden omvatten oscillatorcircuits, relaisstuurprogramma's, connectoren en relais.

4. Bovendien kunnen sommige PCB's op sommige lijnen moeten worden gefilterd. Een gemakkelijke oplossing hiervoor zijn ferrietkralen. Ferrietkralen kunnen hoogfrequente signalen beperken en werken voor het ontkoppelen van toevoerleidingen.

5. Vergeet niet om kabelassemblages ver weg te houden van een oscillator of een sectie met een microcomputer in uw ontwerp. Kabelassemblages kunnen de prestaties van uw EMC verslechteren omdat ze ruis oppikken en door uw hele circuit transporteren.

Verschil tussen EMI en EMC?

Zoals eerder vermeld, is EMI elke ruis die andere signalen bederft die gegevens of informatie verzenden of ontvangen.

Bovendien zijn er twee manieren waarop EMI kan optreden. De ene is door de lucht en de andere gebeurt wanneer een geleider deze overbrengt naar een ander materiaal (geleidende EMI).

EMC daarentegen is het vermogen van een apparaat om gevaarlijke niveaus van EMI te weerstaan ​​en normaal te blijven werken. Apparaten met een goede EMC-standaard genereren geen ondraaglijke EMI en hebben geen verstoorde signalen en bewerkingen.

Afronding

PCB-ontwerp

Elektromagnetische interferentie is een krachtig fenomeen dat informatieverlies en ernstige systeemstoringen kan veroorzaken. Het is vergelijkbaar met de fictieve elektromagnetische puls die alle elektronische apparaten binnen bereik kan verstoren.

EMI kunnen we echter tegengaan met EMC-vriendelijke borden. Deze boards hebben een specifieke immuniteit die hen beschermt tegen signaalverstoringen. EMC-printplaten creëren ook geen hoge EMI-niveaus, dus ze hebben geen invloed op de apparaten om hen heen.

Wilt u een EMC-printplaat bouwen voor uw volgende project? Neem zeker contact met ons op, we helpen je graag verder.