Плата ЭМС:удобный способ противостоять электромагнитным помехам

Вы сталкивались с тем, что телевизор мешает радиосигналам раньше? Или вы когда-нибудь задумывались, почему вы выключаете электронные устройства при посадке в самолет? Что ж, причина проста; электромагнитные помехи (EMI).EMI — довольно распространенное явление в электронных устройствах. Но вот вопрос:как вы контролируете электромагнитные помехи? Вот тут-то и вступает в дело печатная плата ЭМС. Хотя вы не можете устранить электромагнитные помехи, вы можете уменьшить их влияние и предотвратить помехи с этой конструкцией печатной платы.

Читайте дальше, чтобы узнать больше о печатных платах EMC и о том, как их проектировать.

Что такое ЭМП/ЭМС в печатных платах?

Электромагнитные помехи

Электромагнитные помехи подобны болезни, поражающей электронные схемы. Действительно, это электронные помехи, которые портят качество сигнала любой электронной схемы и вызывают неисправности. Кроме того, это электронное возмущение представляет собой энергию, которая передается за счет проводимости или излучения электронных устройств.

Интересно, что электромагнитные помехи могут воздействовать на устройство, создающее помехи, и на другие устройства, находящиеся на близком расстоянии. Электромагнитные помехи могут возникать на любой частоте, но обычно начинаются выше 50 МГц.

Электронные устройства

С другой стороны, ЭМС (электромагнитная совместимость) позволяет электронным системам работать без сильных электромагнитных помех. Это также позволяет системе определять оптимальную производительность при работе в безопасных условиях.

Все электронные устройства, которые вы создаете, не должны отклоняться от стандартов EMI/EMC. В противном случае электромагнитные помехи будут постоянно влиять на производительность. Следовательно, вы должны контролировать электромагнитные помехи при проектировании своих печатных плат.

Кроме того, после завершения проектирования непросто контролировать электромагнитные помехи. Так что, по правде говоря, вы потратите много денег, которые могут не решить проблему.

Таким образом, проектирование платы EMC потребует сосредоточения внимания на компоновке печатной платы, выборе компонентов и проектировании схемы.

Руководство по проектированию с учетом ЭМП и ЭМС

Хотя вы не можете разработать печатную плату с низким или нулевым уровнем электромагнитных помех, вы можете создать такую, которая не будет генерировать невыносимые электромагнитные помехи. У нас есть некоторые рекомендации по проектированию, которые помогут уменьшить нежелательные электромагнитные излучения.

1. Используйте устройства для поверхностного монтажа вместо устройств с выводами

Устройства для поверхностного монтажа

Если вы хотите соответствовать стандарту EMI, SMD будет выбором для ваших компонентов. Компоненты с выводами имеют более высокие свойства индуктивности и будут генерировать частоты более 100 МГц. По этой причине использование на плате нескольких сквозных компонентов может привести к чрезмерному шуму.

Однако устройства для поверхностного монтажа имеют более низкую индуктивность и большую плотность. Следовательно, устройства для поверхностного монтажа могут помочь сократить проблемы с электромагнитной совместимостью и электромагнитными помехами.

2. Разместите и спроектируйте макет трассировки правильно

Следы печатной платы

Ваши печатные платы не будут иметь совместимости по току без следов. Но если на ваших путях есть изгибы или пересечения, это создаст антенну. И это то, чего мы хотим избежать.

Итак, вот несколько стандартных правил проектирования трассировки:

• Всегда оставляйте расстояние не менее 3W между дорожками (W для ширины). Кроме того, вы должны отделить все сигналы от других путей. С помощью этого правила вы можете свести к минимуму связь и перекрестные помехи между соседними трассами.
• Не используйте для дорожек изгибы под прямым углом. Вместо этого вы можете использовать углы в 45 градусов. Почему? Поскольку изгибы под прямым углом могут увеличить емкость и изменить значение импеданса, что создает отражения.

Трассировки под прямым углом

• При трассировке старайтесь не закрывать дифференциальные трассы. Это максимизирует коэффициент связи и снижает уровень шума.

• Используйте переходные отверстия только при необходимости. Вы должны стараться избегать использования переходных отверстий, насколько это возможно.

Переходные отверстия могут вызывать паразитную индуктивность из-за разницы импедансов между ними и дорожками. Но если вы не можете избежать использования переходных отверстий, убедитесь, что вы размещаете переходные отверстия заземления рядом с переходными отверстиями для сигналов.

Переходные отверстия для печатных плат

• Заглушки не работают с высокочастотными и конфиденциальными трассировками. Заглушки создают отражения и потенциально могут добавить в цепь антенну с длиной волны.

3. Используйте правильные плоскости заземления

Вы должны использовать только заземляющие плоскости с низкими значениями индуктивности. В противном случае это сведет на нет ваши усилия по устранению проблем с электромагнитной совместимостью.

К счастью, вы получаете плоскость заземления с низкой индуктивностью, увеличив площадь земли вашей печатной платы. Это также помогло бы уменьшить перекрестные помехи и генерацию ЭМ. Давайте рассмотрим некоторые советы по дизайну, которые мы рекомендуем.

Примечание. Не подключайте компоненты к точкам заземления случайным образом. Это не очень хорошая практика.

• Не нужно экономить место на наземном плане. Вместо этого убедитесь, что вы используете каждый его дюйм, чтобы извлечь выгоду из его небольшого значения индуктивности.
• Вы не всегда можете использовать заземляющие слои для двухслойной печатной платы. Но вы можете использовать сетки заземления, и расстояние между ними определяет их значения индуктивности.
• Действительно, для печатных плат EMC нет необходимости в длинных обратных путях. Вместо этого короткий обратный путь обеспечивает лучшую ЭМС из-за более низкого импеданса.
• Кроме того, изолируйте шумные помещения с помощью кольца Фарадея. Вы можете создать кольцо клетки Фарадея, включив землю на край доски. Затем клетка предотвратит передачу сигналов за границу.
• По правде говоря, разделенные апертуры могут испортить вашу схему, поэтому будьте осторожны при их использовании. Разделенные апертуры могут создавать неоднородные области, увеличивающие импеданс.
• Убедитесь, что вы также разместили низкоскоростные цепи близко к плоскости питания, а высокоскоростные цепи - ближе к плоскости заземления.
• Не оставляйте плавающие участки медной заливки. Всегда держите их заземленными, иначе вы создадите антенну.

4. Как расположить слои платы

Расположение слоев вашей печатной платы также определяет ее характеристики электромагнитной совместимости. Если вы проектируете две или более многослойных плат, вам следует выделить весь слой для заземления. Однако на четырехслойных платах слой питания должен быть ниже слоя заземления.

Вот несколько рекомендаций по размещению слоев платы:

• Во-первых, используйте сетки заземления, если вы не можете выделить целый слой для плоскости заземления на двухслойной плате.
• Далее убедитесь, что дорожки заземления параллельны дорожкам питания, особенно если используется отдельная плоскость.
• Наконец, если ваша печатная плата имеет более четырех слоев, мы рекомендуем использовать следующую компоновку печатной платы:слой сигнала — слой земли — слой питания — слой сигнала.

5. Используйте экранирование.

Экранирование является одним из эффективных методов противодействия электромагнитному излучению. Таким образом, с проводящими/магнитными материалами экранирующие покрытия могут защитить сигналы от внешних помех и предотвратить потерю информации.

Мы рекомендуем использовать экранирование кабеля. Почему? Потому что кабели являются значительным источником электромагнитных помех, особенно те, которые передают аналоговые и цифровые сигналы. Кроме того, эти кабели имеют высокую паразитную емкость и индуктивность.

Но вы можете предотвратить такие проблемы с электромагнитными помехами, используя экранирование кабеля.

5. Отделить все конфиденциальные компоненты

Электронные компоненты

Вы не можете создать проект с учетом ЭМС, объединив все компоненты вместе. Вместо этого разделите их в соответствии с их рабочими сигналами, такими как цифровые, аналоговые, низкоскоростные, высокоскоростные сигналы и сигналы питания.

Еще одна вещь, которую нужно сделать, это разделить сигнальные дорожки каждой группы и поместить их в определенную область. Кроме того, фильтр был бы полезен, если бы один сигнал проходил через разные подсистемы.

Стандарты электромагнитной совместимости

Стандарты ЭМС

Хотя существуют разные версии стандартов ЭМС, большинство из них основано на стандартах МЭК.

Эти стандарты ЭМС создали два требования, которым должно соответствовать каждое электронное устройство. Эти требования включают:

• Электронные устройства не должны создавать и передавать отрицательные электромагнитные помехи другим устройствам.
• Электронные устройства также должны быть устойчивы к электромагнитным помехам от других устройств.

Нажмите здесь для получения дополнительной информации о различных стандартах ЭМС.

Другие меры предосторожности при проектировании печатных плат с ЭМС

Вот несколько советов, которые помогут повысить производительность вашей печатной платы EMC.

1. Во-первых, будьте осторожны при проектировании или размещении макетов осцилляторов. Следовательно, вы должны держать все контуры генератора подальше от аналоговых цепей, разъемов и низкоскоростных сигналов. Помните, что этот совет относится к печатной плате и пространству в коробке.

2. Кроме того, вы должны знать, что не все печатные платы одинаковы. В некоторых конструкциях могут потребоваться разъемы с фильтром для фильтрации шума. Кроме того, вы должны привязать разъем к шасси и печатной плате.

3. Далее, не прокладывайте высокоскоростные или шумные линии рядом с краем доски. Шумные дорожки могут легко уловить шум, поэтому вы должны держать их подальше от областей, которые генерируют шум. Эти области включают схемы генератора, драйверы реле, разъемы и реле.

4. Кроме того, для некоторых плат может потребоваться фильтрация на некоторых линиях. Простое решение для этого — ферритовые бусины. Ферритовые бусины могут ограничивать высокочастотные сигналы и использоваться для развязки линий питания.

5. Не забывайте прокладывать кабели вдали от генератора или секции с микрокомпьютером в вашей конструкции. Кабельные сборки могут ухудшить характеристики электромагнитной совместимости, поскольку они поглощают и переносят шум по всей цепи.

Разница между EMI и EMC?

Как упоминалось ранее, электромагнитные помехи — это любой шум, который искажает другие сигналы, передающие или принимающие данные или информацию.

Кроме того, есть два способа возникновения электромагнитных помех. Один из них происходит по воздуху, а другой происходит, когда проводник переносит его на другой материал (проводящие электромагнитные помехи).

Напротив, ЭМС — это способность устройства выдерживать опасные уровни электромагнитных помех и продолжать нормально работать. Устройства с хорошим стандартом ЭМС не будут генерировать невыносимые электромагнитные помехи и не будут нарушать сигналы и работу.

Округление

Дизайн печатной платы

Электромагнитные помехи — мощное явление, которое может привести к потере информации и серьезному нарушению работы системы. Это похоже на вымышленный электромагнитный импульс, который может вывести из строя все электронные устройства в пределах досягаемости.

Тем не менее, мы можем противодействовать электромагнитным помехам с помощью EMC-дружественных плат. Эти платы имеют специфический иммунитет, защищающий их от сбоев сигнала. Печатные платы EMC также не создают высоких уровней электромагнитных помех, поэтому они не влияют на устройства вокруг них.

Вы хотите построить печатную плату EMC для своего следующего проекта? Обязательно свяжитесь с нами, и мы будем рады помочь.