Проблемы применения технологии ЭМС при проектировании печатных плат электронных устройств и стратегии

В устойчивом развитии проектирования и производства ИС (интегральных схем) известность некоторых проблем, таких как задержка передачи сигнала и шум, играет роль в влиянии на целостность сигналов. Следовательно, необходимо уделять достаточное внимание проблемам в процессе проектирования печатных плат, а технологический процесс электронных продуктов должен контролироваться, например, этапы пробного производства и производства. Кроме того, конструкция печатной платы должна быть усовершенствована, чтобы решить эти важные проблемы в рамках традиционного модуля проектирования и реализовать разумное применение технологии ЭМС (электромагнитной совместимости). В этой статье в основном обсуждаются стратегии применения технологии ЭМС при проектировании печатных плат для электронных устройств.

Обзор электромагнитной совместимости и проблемы

ЭМС относится к типу способности, при которой устройства или системы способны нормально работать, не подвергаясь воздействию электромагнитных помех, и отказываясь создавать электромагнитные помехи для какой-либо части схемы.

При проектировании печатных плат электронных устройств проблема интерференции сигналов обычно возникает из-за разнообразия источников помех. Таким образом, во время передачи сигнала технология ЭМС с функциями изоляции, фильтрации, экранирования и заземления поможет повысить уровень проектирования всей печатной платы.

В процессе применения технологии ЭМС для повышения общего эффекта применения необходимо проверять качество компонентов. В частности, в процессе построения системы ЭМС компоненты, связанные с технологией ЭМС, должны быть испытаны с точки зрения способности выдерживать напряжение и емкости с помощью экспериментальных подходов. Между тем, в процессе экспериментальной проверки следует обращать внимание на целостность выдающихся проблем и правильное решение в процессе применения компонентов.

При проектировании печатных плат основными проблемами ЭМС являются помехи проводимости, перекрестные помехи и помехи излучения.

• Помехи проводимости

Помехи проводимости влияют на другие цепи за счет развязки выводов и развязки импеданса синфазного сигнала. Например, шум проникает в систему через силовую цепь, на вспомогательные цепи которой будет влиять шум.

На рис. 1 показана шумовая развязка с помощью импеданса синфазного сигнала. И цепь 1, и цепь 2 получают напряжение питания и контур заземления через один и тот же провод. Если напряжение одной из цепей внезапно потребует повышения, напряжение в другой цепи уменьшится из-за общей мощности и импеданса между двумя цепями.

• Перекрёстные помехи

Перекрёстные помехи относятся к помехам от одной сигнальной линии к соседней сигнальной линии, которые обычно имеют место в соседней цепи и проводнике и характеризуются взаимной ёмкостью и взаимным сопротивлением между цепью и проводником. Например, полосковая линия на печатной плате имеет низкий уровень сигнала, и когда параллельные провода длиннее 10 см, возникают перекрестные помехи. Поскольку перекрестные помехи могут быть вызваны электрическим полем через взаимную емкость, магнитным полем через взаимный импеданс, первая и главная проблема состоит в том, чтобы определить, какая развязка играет главную роль:развязка электрического поля (взаимная емкость) или магнитное поле (взаимный импеданс). Произведение импеданса мощности и импеданса приемника можно рассматривать как эталон, который зависит от конфигурации между цепями и частоты.

Продукт	Основная развязка
<300 2	Магнитное поле
>1000 2	Электрополе
>300 2 , <1000 2	Магнитное или электрическое поле

• Радиационные помехи

Радиационная интерференция относится к интерференции, вызванной излучением, испускаемым свободной электромагнитной волной. Радиационные помехи в печатных платах относятся к синфазным радиационным помехам между кабелями и внутренними линиями. При воздействии электромагнитной волны на линии передачи возникает проблема развязки от электрического поля к линиям с распределенными источниками малых напряжений, классифицируемыми как CM (синфазный режим) и DM (дифференциальный режим). Ток CM относится к току от двух отведений, которые имеют почти одинаковую амплитуду и одинаковое положение фазы, в то время как ток DM относится к току от двух отведений, которые имеют одинаковую амплитуду, но противоположные положения фазы.

Стратегии применения электромагнитной совместимости при проектировании печатных плат электронных устройств

• Защита от статического электричества (ESD)

При проектировании печатных плат электронных устройств электростатический разряд влияет на стабильность протекания тока за счет прямой развязки по проводимости или индуктивности, что приводит к необходимости защиты от электростатического разряда для удовлетворения требований развития электронного производства. Разработчики печатных плат электронных устройств должны обеспечить внедрение технологии ЭМС в процесс проектирования печатных плат электронных устройств. То есть в процессе разработки новых электронных продуктов сквозные отверстия с покрытием должны быть расположены на печатной плате, а в процессе проектирования сквозных отверстий внешняя цепь на металлическом корпусе должна быть соединена с внутренней схемой, а фиксированные винты должны быть быть собраны в месте соединения. Конечная цель состоит в том, чтобы создать превосходную внутреннюю и внешнюю эквипотенциальную среду, чтобы избежать появления электростатического разряда, который приведет к отказу цепи. Например, в некоторых типах электронных устройств особое внимание уделяется применению технологии ЭМС, поэтому необходимо предусмотреть 6 металлических сквозных отверстий, чтобы обеспечить превосходное соединение между внутренней схемой и корпусом ЖК-дисплея, что существенно улучшило общую конструкцию печатной платы. Кроме того, в электронных устройствах этого типа компоненты защиты от электростатического разряда располагаются в месте ввода и вывода сигнала, а электростатическое кольцо смонтировано на нем, чтобы избежать заметности электростатического разряда, который может снизить стабильность работы схемы.

• Конфигурация развязывающего конденсатора

В процессе проектирования печатных плат электронных устройств система питания играет важную роль, влияя на целостность сигнала, поэтому необходимо подчеркнуть применение теории электромагнитной совместимости. В процессе конфигурации развязывающего конденсатора можно смоделировать работу цепи, во время которой можно справиться с явлением шумовых помех, чтобы можно было эффективно контролировать проблему шума. Между тем, в процессе конфигурации развязывающего конденсатора технические специалисты должны строго проверять входную клемму емкости силового фильтра, которая должна поддерживаться в диапазоне от 10 до 100F, чтобы соответствовать условиям технологии ЭМС. Кроме того, частота системы должна контролироваться менее 15 МГц, чтобы повысить уровень применения электронных устройств, а конфигурация развязывающего конденсатора должна быть расположена на месте встроенной микросхемы.

• Тепловой расчет

Тепловой расчет является одним из наиболее важных элементов, влияющих на работу электронных устройств. Под влиянием теплового излучения и вентиляции расстояние между компонентами и источником тепла должно контролироваться в пределах стандартного диапазона, а степень нагрева компонентов должна время от времени проверяться в процессе сборки компонентов, таких как конденсаторы. Кроме того, при сборке компонентов с высокой мощностью обязательно размещайте эти компоненты поверх печатных плат, чтобы можно было выполнить наилучший тепловой расчет для повышения общего уровня проектирования печатной платы.

• Дизайн длины и ширины линии

В процессе проектирования ЭМС печатных плат электронных устройств ширина и длина линии имеют прямое отношение к эффективности передачи сигнала. Разработчики печатных плат должны особенно тщательно изучить эффект задержки передачи, на основе которого может быть достигнута наилучшая схема. Эффект индуктивности печатного вывода приводит к помехам, а длина печатного вывода пропорциональна интерференционному эффекту, поэтому печатный вывод следует контролировать в коротком и широком состоянии, чтобы удовлетворить развивающиеся требования к новым электронным устройствам. Например, в процессе разработки некоторых типов электронных устройств полностью учитывается конструкция длины и ширины линии, поэтому 9-й контакт XIN EM78860 размещается на месте генератора, а вывод на месте DL16521. остается коротким, что повышает общий уровень ЭМС. Таким образом, крайне необходимо сделать упор на наукоемкость и рационализацию длины и ширины линии, чтобы полностью соответствовать требованиям разработки новых электронных устройств.

Основываясь на быстром развитии электронных устройств, дизайн печатных плат привлекает все больше внимания к высокой эффективности и стабильности печатных плат, что приводит к акценту на роли технологии ЭМС. Основные проблемы, связанные с технологией ЭМС, следует решать с точки зрения проектирования длины и ширины линии, конфигурации развязывающего конденсатора и электростатического разряда, чтобы достичь наилучшего конструктивного эффекта, на основе которого будет осуществляться существенное развитие конструкции электронных устройств.

Полезные ресурсы:
• Наиболее полное введение в автоматизированные инструменты EMI и EMC
• Влияние компоновки печатной платы на характеристики электромагнитной совместимости электронных изделий
• Обеспечение первого успеха в проектировании ЭМС печатных плат
• Правила проектирования печатных плат для улучшения ЭМС
• Обсуждение питания и заземления в электромагнитной совместимости печатных плат
• Полнофункциональная услуга по изготовлению печатных плат от PCBCart — несколько дополнительных опций
• Усовершенствованная услуга по сборке печатных плат от PCBCart — от 1 штуки