thiết kế điện từ: hướng dẫn thiết kế để giảm thiểu nhiễu điện tử

April 1, 2024

By Lisa chen

thiết kế emi là rất quan trọng để giảm thiểu bức xạ điện từ.

Các thiết bị điện tử và các mạch điện tử phát ra một mức sóng điện tử có thể làm nhiều hệ thống điện tử hoặc mạch điện khác ở gần.

Nếu sự nhiễu này từ cùng một bảng mạch, trước khi bạn thay bằng một bảng mạch tốt hơn, nó sẽ là một vấn đề vĩnh việc.

Do vậy, việc phát triển các thiết kế EMI là rất quan trọng, và chúng tôi sẽ giải thích các nguyên tắc thiết kế mà bạn có thể sử dụng để tránh các tín hiệu nhiễu này. Nhìn kìa!

EMI là gì?

EMI (Các nhiễu điện từ) là nhiễu khi năng lượng tần số vô tuyến được truyền đi hoặc bức xạ từ một thiết bị điện tử sang thiết bị điện tử khác.

nhiễu này có thể làm hỏng chất lượng tín hiệu và có thể dẫn đến sự cố. EMI có thể xảy ra trong bất kỳ dải tần số nào, nhưng thường xảy ra ở trên 50 MHz.

nguồn gốc của nhiễu điện từ

có hai loại nhiễu điện từ: phát ra và phát ra bức xạ.

được truy nhập vào hệ thống thông qua các dây điện và đầu vào.

Tuy nhiên, sóng điện từ phát ra do các dây liên lạc và điện, các thiết bị tĩnh điện và công tắc gây ra phóng xạ.

sóng điện từ

những sóng này lan truyền qua không khí, làm hỏng chất lượng tín hiệu từ các nguồn khác.

ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu liên lạc của máy bay là một ví dụ.

bức xạ điện từ cũng có thể đến từ:

Đường đi tần số cao

mặt đất

Lớp nguồn điện

là một thực hành tồi tệ

sự kháng cự không khớp

Điều này có thể tạo ra dòng điện bất ngờ như chế độ khác và dòng điện chung.

EMI và EMC

EMC là viết tắt của Electromagnetic Compatibility và là khả năng của các thiết bị điện tử hoạt động trong môi trường điện từ mà không tạo ra quá nhiều EMI cho các hệ thống gần.

Do đó, EMC đảm bảo rằng thiết bị hoặc hệ thống hoạt động theo yêu cầu theo các biện pháp an toàn được mô tả.

Điều khiển EMI trong giai đoạn thiết kế ban đầu của một PCB là rất quan trọng để đảm bảo nó không đi ra ngoài các tiêu chuẩn được nêu rõ, do đó có thể dẫn đến hiệu năng của thiết bị chủ đạo EMI/ EMC.

trong khi có thể kiểm soát nhiễu điện từ ở giai đoạn cuối của sản xuất, chi phí có thể rất cao.

Do vậy, bạn cần tạo các thiết kế PCB thân thiện với EMC trong giai đoạn sản xuất ban đầu, bao gồm thiết kế mạch điện tử, bố trí bảng mạch và lựa chọn cấu phần.

sử dụng các thiết bị kiểm tra gần để đo sự tương thích điện tử của các bộ phận tử

việc thiết kế tương thích với các thiết kế pcb của emc

nếu một bộ phận tử phù hợp với các tiêu chuẩn sau đây, nó có thể được gọi là tương thích với emc.

không can thiệp vào các hệ thống khác

không nhạy cảm với các hệ thống khác

không có sự can thiệp từ bên trong

hướng dẫn thiết kế emc và emi

các hướng dẫn này sẽ giúp bạn tạo ra các bảng mạch mà không có nhiễu nhiễu điện tử hoặc ít nhiễu điện tử.

tách các bộ phận nhạy cảm

Luôn nhóm các linh kiện theo các tín hiệu mà chúng làm việc, như là tín hiệu điện tử, nguồn điện, tốc độ thấp, tín hiệu analog, tốc độ cao, v. v..

việc nhóm này đảm bảo rằng quỹ đạo tín hiệu của mỗi bộ phận sẽ hoạt động trong vùng được quy định.

các bộ lọc có thể được sử dụng khi các tín hiệu phải lưu thông qua các hệ thống phụ của các bộ phận.

các bảng mạch với các bộ phận được lắp đặt trên bề mặt và thông qua các lỗ

Một điểm then chốt khác là sử dụng các cấu phần SMD có thể làm giảm đáng kể nhiễu nhiễu điện tử so với các cấu phần ở các lỗ thông qua do chúng có độ cảm ứng thấp hơn.

Ngoài ra, các thành phần này nhỏ hơn, cho phép mật độ đặt cao hơn và kiểm soát hiệu quả tiếng ồn.

Bố trí và khoảng cách dòng

Dây chuyển dòng điện từ một ổ điện trong bảng mạch đến một dây chuyển điện thống bằng đồng. Sử dụng theo vết để thực hiện các hướng dẫn sau.

3W cách ly

Các đường dẫn tín hiệu như âm thanh, đồng hồ và các đường dẫn hình ảnh không nên gần các đường dây khác.

Quy tắc thông thường là tách chúng bằng khoảng cách 3W, trong đó W là chiều rộng của đường đi.

Khoảng cách này làm giảm sự nhiễu và kết nối giữa các đường tiếp giáp trong cùng một bộ bảng mạch. nhưng không áp dụng quy tắc này cho các đường dẫn khác nhau.

các đường độc lập trên pcb

các đường điều khiển chính xác

Các đường dẫn này có khoảng cách nhỏ nhất có thể cải thiện hệ số nối và ngăn chặn nhiễu chế độ chung.

can thiệp trong trường hợp này sẽ bù đắp lẫn nhau, điều này giải thích tại sao bố trí ưa thích của tín hiệu tốc độ cao là cặp khác nhau.

để tránh những vòng xoay 90 độ

Khi một đường đi gặp một đường cong 90°, dung lượng sẽ tăng lên bởi vì nó thay đổi giá trị chấn độ đặc điểm, gây ra sự phản chiếu. Vì vậy, thay vì 45 vòng.

Đường bộ PCB 45 khung

tránh những lỗ hổng càng tốt

các lỗ trống có thể gây ra các hiệu ứng điện và dung lượng, gây ra sự kháng chấp không phù hợp giữa các lỗ trống và các lỗ nối. vì vậy, hãy tránh đặt các dây chuyển động vốn trên cùng một tầng.

tuy nhiên, nếu không thể tránh được, các lỗ tiếp đất phải được đặt ở gần các lỗ thông tin để giảm thiểu các thay đổi giá trị chấp nhận đặc điểm.

Đối với cặp khác biệt, hai dây điện sử dụng cùng số lưới và sử dụng một đĩa hàn chung để giảm dung lượng ký sinh.

sử dụng dòng nhắc đồng hồ và bảo vệ

tháo dỡ điện là cần thiết để ngăn chặn việc truyền thông trên đường điện.

Các đường cắt và bảo vệ bảo vệ các dòng này khỏi các nguồn EMI và ngăn các tín hiệu đồng hồ tạo ra nhiễu âm trong mạch điện.

tránh những đường ngắn ở tần số cao và nhạy cảm

Các đường cắt ngắn tạo ra sự phản chiếu và có thể đưa một số chiều dài sóng vào mạch điện.

bảo vệ

công nghệ che giấu cơ khí sử dụng nam châm, dẫn điện, hoặc cả hai vật liệu để chặn tiếp xúc ở hệ thống.

Màn chắn là một vật chứa khép kín được kết nối với mặt đất, giảm hiệu quả kích thước của ăng-ten vòng bằng cách phản xạ và hấp thụ một phần bức xạ.

vì vậy, những hộp đựng này có thể ngăn chặn tiếng ồn bên ngoài và mất dữ liệu.

sử dụng mũ bảo vệ trên các thiết bị vi mạch và các linh kiện điện tử

Các cáp truyền các tín hiệu kỹ thuật số và analog cũng tạo ra nhiễu nhiễu điện từ mà bạn có thể ngăn chặn bằng cách che đi cáp và gắn đất (phía sau và mặt trước).

mặt đất

các lớp nằm dưới phải có giá trị nhạy thấp để giảm các vấn đề emi. Tăng diện tích đất làm giảm thiểu cảm ứng đất, do đó giảm thiểu nhiễu và nhiễu.

vì vậy, sử dụng các phương pháp thiết kế này khi bạn làm việc với mặt đất.

sử dụng một mắt lưới đất hoàn chỉnh và đất

Khi đường dẫn tín hiệu trở về nguồn từ tải, toàn bộ mặt phẳng đất được sử dụng để có được các giá trị cảm nhận thấp nhất.

Tuy nhiên, trong một bảng nhiều mức có ba hoặc nhiều mức, bạn chỉ có thể thực hiện một mức đất đất hoàn chỉnh như một mức đặc biệt. vì vậy chúng tôi sử dụng mạng lưới mặt đất trong bảng mạch hai tầng.

duy trì đường dẫn trở lại ngắn hơn

các đường dẫn quay trở lại hình thành các vòng đất, hình thành các ăng-ten phóng xạ. các kiểu ngắn tốt hơn vì chúng có chống khức thấp hơn, do đó làm cho thiết kế bộ thiết kế phù hợp với các tiêu chuẩn emc hơn.

vì vậy, hãy đảm bảo rằng các chân điểm đất của thiết bị được nối trực tiếp với mặt đất.

sử dụng faraday để bảo vệ môi trường bằng tiếng ồn

Một vòng bảo vệ Faraday bao gồm nhiều lỗ nối với mức đất ở cạnh của một PCB. các lỗ hổng này hạn chế nhiễu âm thanh xung quanh các lỗ hổng.

Khi thực hiện thiết kế này, hãy nhớ đặt mạch điện thấp ở gần cấp nguồn và mạch điện tốc độ cao ở gần cấp.

các vùng đầy bằng đồng

tất cả các khu vực đồng nổi được kết nối với đất để ngăn chặn chúng hoạt động như ăng-ten phát ra tiếng ồn điện từ.

Coi chừng vết nứt

Các lỗ hổ rộng và lỗ rộng trong nền đất và các lớp nguồn điện tạo ra những vùng không đồng nhất, làm tăng độ kháng trong các lớp này.

Tìm kiếm các yêu cầu đa bộ nguồn

một mạch điện mà yêu cầu nhiều nguồn điện phải có một mặt đất để phân tách các cấp điện.

Đối với một PCB đơn lớp, bạn có thể tách điểm điện và điểm điện của một chân nguồn điện từ một chân khác.

thiết kế này cũng sẽ ngăn chặn nhiễu âm thanh.

để tháo ống điện

Các mạch điện nguồn nối tới các dòng điện điện từ điện điện đã được kết nối sẽ tạo ra nhiễu điện điện tử điện. nếu không được kiểm soát, tiếng ồn này sẽ phát ra bức xạ.

Cách tốt nhất để giảm thiểu nhiễu điện tử này là đặt điều khiển khử răng cưa ở gần pin nguồn của chip và tiếp đất nó bằng cách sử dụng một liên kết trực tiếp với chân pin/ lớp đất.

Ngoài ra, hãy xem xét sử dụng mức cấp nguồn thay vì cấp điện để giảm thiểu EMI.

để tháo ống điện

điều khiển điều khiển điều khiển dây chuyển

nếu mạch điện ở tốc độ cao, sự kháng cường giữa nguồn và đích là quan trọng.

Nếu không khớp với nhau, nó sẽ dẫn đến những tín hiệu và chuông cao tới một tín hiệu phản xạ và phát xạ tới các phần khác của bảng mạch.

Chiến lược kết nối tín hiệu có thể giảm thiểu những ảnh hưởng này và làm chậm việc đi lên và đi xuống nhanh chóng của tín hiệu.

Lớp PCB

các tấm đa tầng trên hai tầng nên có một mặt đất đặc biệt, với một lớp nguồn điện được đặt trực tiếp dưới nó. ví dụ, mỗi mức của một bảng mạch 4 chiều được sắp xếp như sau.

Tín hiệu 1

mặt đất

sức mạnh

Tín hiệu 2

nếu có nhiều hơn bốn, hãy đặt chúng như sau.

tín hiệu

điện đất/ nguồn điện

tín hiệu

điện đất/ nguồn điện

tín hiệu

điện đất/ nguồn điện

tín hiệu

nhưng hai tấm không thể có mặt đất đặc biệt. trong trường hợp này, hãy sử dụng mạng lưới. mắt lưới phải song song với đường điện.

kết luận

Tóm lại, khi sản xuất các bảng mạch in, việc thiết kế EMI rất quan trọng để đạt được tính tương thích điện tử.

Như bạn có thể thấy, bạn nên thực hiện một số nguyên tắc thiết kế để đảm bảo bo mạch của bạn tuân thủ các tiêu chuẩn EMC.

Nếu bạn gặp bất cứ thách thức nào về việc thực hiện các hướng dẫn này hoặc cần được hỗ trợ trong việc kiểm tra các thiết kế EMC/ EMI, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.