EMV-PCB:Eine praktische Möglichkeit, elektromagnetischen Störungen entgegenzuwirken

Sind Sie schon einmal auf einen Fernseher gestoßen, der Radiosignale stört? Oder haben Sie sich schon einmal gefragt, warum Sie elektronische Geräte ausschalten, wenn Sie in ein Flugzeug steigen? Nun, der Grund ist einfach; Elektromagnetische Interferenz (EMI). EMI ist ein ziemlich häufiges Phänomen bei elektronischen Geräten. Aber die Frage hier ist:Wie kontrolliert man EMI? Hier kommt die EMV-Leiterplatte ins Spiel. Sie können EMI zwar nicht eliminieren, aber mit diesem PCB-Design können Sie ihre Auswirkungen reduzieren und Interferenzen verhindern.

Lesen Sie weiter, um mehr über EMV-Leiterplatten und deren Design zu erfahren.

Was ist EMI/EMC in PCB?

Elektromagnetische Interferenz

EMI ist wie eine Krankheit, die elektronische Schaltungen betrifft. Tatsächlich handelt es sich um eine elektronische Störung, die die Signalqualität jeder elektronischen Schaltung beeinträchtigt und Fehlfunktionen verursacht. Außerdem ist diese elektronische Störung Energie, die durch Leitung oder Strahlung von elektronischen Geräten übertragen wird.

Interessanterweise kann EMI das Gerät beeinflussen und eine Störung und andere Geräte in unmittelbarer Nähe verursachen. Elektromagnetische Interferenzen können bei jeder Frequenz auftreten, beginnen jedoch normalerweise bei über 50 MHz.

Elektronische Geräte

Andererseits ermöglicht EMV (elektromagnetische Verträglichkeit), dass elektronische Systeme funktionieren, ohne starke EMI freizusetzen. Es ermöglicht einem System auch, die optimale Leistung zu bestimmen, wenn unter sicheren Bedingungen gearbeitet wird.

Alle elektronischen Geräte, die Sie bauen, dürfen nicht von den EMI/EMV-Standards abweichen. Andernfalls wirkt sich EMI kontinuierlich auf die Leistung aus. Daher müssen Sie EMI beim Entwerfen Ihrer PCBs kontrollieren.

Außerdem ist es nicht einfach, EMI nach Abschluss Ihrer Designs zu kontrollieren. In Wahrheit werden Sie also viel Geld ausgeben, was das Problem möglicherweise nicht löst.

Daher müssen Sie sich beim Entwerfen einer EMV-Platine auf das PCB-Layout, die Komponentenauswahl und das Schaltungsdesign konzentrieren.

Designrichtlinien für EMI und EMV

Sie können zwar keine Leiterplatte mit geringen oder keinen elektromagnetischen Interferenzen entwerfen, aber Sie können eine erstellen, die keine unerträglichen EMI erzeugt. Wir haben einige Designrichtlinien, die dazu beitragen, unerwünschte EM-Emissionen zu reduzieren.

1. Verwenden Sie oberflächenmontierte Geräte anstelle von kabelgebundenen Geräten

Oberflächenmontierte Geräte

Wenn Sie den EMI-Standard einhalten möchten, ist SMD eine Wahl für Ihre Komponenten. Bedrahtete Komponenten haben höhere Induktivitätseigenschaften und erzeugen Frequenzen über 100 MHz. Aus diesem Grund würde die Verwendung mehrerer durchkontaktierter Komponenten auf Ihrer Platine übermäßiges Rauschen verursachen.

Oberflächenmontierte Bauelemente haben jedoch geringere Induktivitätseigenschaften und eine hohe Dichte. Daher können oberflächenmontierte Geräte dazu beitragen, EMV-/EMI-Probleme zu reduzieren.

2. Platzieren und gestalten Sie Ihr Leiterbahn-Layout richtig

PCB-Spuren

Ihre Leiterplatten werden keine Stromtragfähigkeiten ohne Spuren aufweisen. Aber wenn es irgendwelche Biegungen oder Kreuzungen auf Ihren Wegen gibt, würde es eine Antenne erzeugen. Und das wollen wir vermeiden.

Hier sind also einige Standardregeln für das Trace-Design:

• Lassen Sie immer mindestens 3 W Platz zwischen Ihren Spuren (W für Breite). Außerdem müssen Sie alle Signale von anderen Pfaden trennen. Mit dieser Regel können Sie Kopplung und Übersprechen zwischen benachbarten Spuren minimieren.
• Verwenden Sie keine rechtwinkligen Biegungen für Ihre Leiterbahnen. Sie können stattdessen 45-Grad-Winkel verwenden. Wieso den? Weil rechtwinklige Biegungen die Kapazität erhöhen und den Impedanzwert ändern können – was zu Reflexionen führt.

Rechtwinklige Spuren

• Versuchen Sie, Ihre differenziellen Spuren beim Routing eng zu halten. Es würde den Kopplungsfaktor maximieren und das Rauschen kontrollieren.

• Durchkontaktierungen nur bei Bedarf verwenden. Sie sollten versuchen, die Verwendung von Durchkontaktierungen so weit wie möglich zu vermeiden.

Durchkontaktierungen können aufgrund der Impedanzdifferenz zwischen ihr und Leiterbahnen eine parasitäre Induktivität verursachen. Aber wenn Sie die Verwendung von Durchkontaktierungen nicht vermeiden können, stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Erdungsdurchkontaktierungen in der Nähe der Signaldurchkontaktierungen platzieren.

PCB-Durchkontaktierungen

• Stubs funktionieren nicht in Hochfrequenz- und empfindlichen Spuren. Stubs erzeugen Reflexionen und können Ihrer Schaltung möglicherweise eine Wellenlängenantenne hinzufügen.

3. Verwenden Sie die richtigen Grundebenen

Sie dürfen nur Masseplatten mit niedrigen Induktivitätswerten verwenden. Andernfalls werden Ihre Bemühungen zur Bekämpfung von EMV-Problemen zunichte gemacht.

Glücklicherweise erhalten Sie eine Masseebene mit niedriger Induktivität, indem Sie die Massefläche Ihrer Leiterplatte vergrößern. Es würde auch dazu beitragen, das Übersprechen und die EM-Erzeugung zu reduzieren. Werfen wir einen Blick auf einige der von uns empfohlenen Designtipps.

Hinweis:Verbinden Sie Ihre Komponenten nicht willkürlich mit Massepunkten. Das ist keine gute Praxis.

• Es besteht keine Notwendigkeit, Platz auf Ihrer Grundebene zu sparen. Stellen Sie stattdessen sicher, dass Sie jeden Zentimeter davon nutzen, um von seinem kleinen Induktivitätswert zu profitieren.
• Sie können nicht immer Erdungsebenen für zweilagige Leiterplatten verwenden. Aber Sie können Massegitter verwenden, und der Abstand zwischen ihnen bestimmt ihre Induktivitätswerte.
• In der Tat sind lange Rückwege für EMV-Leiterplatten nicht erforderlich. Stattdessen hat ein kurzer Rückweg aufgrund seiner geringeren Impedanz eine bessere EMV-Leistung.
• Isolieren Sie außerdem laute Umgebungen mit Faradays Käfigring. Sie können einen Faraday-Käfigring erstellen, indem Sie den Boden an der Kante der Platine einbeziehen. Dann verhindert der Käfig, dass Signale außerhalb der Grenze geroutet werden.
• In Wahrheit können geteilte Blenden Ihre Schaltung durcheinander bringen, seien Sie also vorsichtig, wie Sie sie verwenden. Geteilte Öffnungen können ungleichmäßige Bereiche erzeugen, die die Impedanz erhöhen.
• Stellen Sie sicher, dass Sie auch Schaltungen mit niedriger Geschwindigkeit in der Nähe der Stromversorgungsebene und Schaltungen mit hoher Geschwindigkeit in der Nähe der Masseebene platzieren.
• Lassen Sie keine schwebenden Kupferfüllbereiche zurück. Halte sie immer geerdet, oder du wirst eine Antenne bauen.

4. So ordnen Sie Ihre PCB-Layer an

Die Lagenanordnung Ihrer Leiterplatte bestimmt auch ihre EMV-Leistung. Wenn Sie zwei- oder mehrschichtige Platinen entwerfen, sollten Sie der Grundebene eine ganze Schicht widmen. Vierschichtige Platinen sollten jedoch eine Stromversorgungsebene unterhalb der Masseebene haben.

Hier sind einige Designrichtlinien für die Anordnung von PCB-Schichten:

• Verwenden Sie zunächst Masseraster, wenn Sie auf einer zweilagigen Platine keine ganze Ebene für die Masseebene reservieren können.
• Stellen Sie als Nächstes sicher, dass die Erdungsspuren parallel zu Ihren Stromspuren sind, insbesondere wenn Sie eine separate Ebene verwenden.
• Abschließend, wenn Ihr PCB-Design mehr als vier Schichten hat, empfehlen wir die Verwendung der folgenden PCB-Anordnung:Signalschicht-Erdungsschicht-Leistungsschicht-Signalschicht.

5. Nutzen Sie die Abschirmung.

Die Abschirmung ist eine wirksame Methode, um EM-Emissionen entgegenzuwirken. Mit leitfähigen/magnetischen Materialien können Abschirmabdeckungen also Signale vor externen Störungen schützen und Informationsverlust verhindern.

Wir empfehlen die Verwendung von Kabelschirmen. Wieso den? Weil Kabel eine bedeutende Quelle für EMI sind, insbesondere solche, die analoge und digitale Signale übertragen. Außerdem haben diese Kabel eine hohe parasitäre Kapazität und Induktivität.

Sie können solche EMI-Probleme jedoch verhindern, indem Sie eine Kabelabschirmung verwenden.

5. Trennen Sie alle empfindlichen Komponenten

Elektronische Komponenten

Sie können kein EMV-freundliches Design erreichen, indem Sie alle Komponenten zusammenfassen. Trennen Sie sie stattdessen nach ihren Betriebssignalen, wie digitalen, analogen, langsamen, schnellen und Stromversorgungssignalen.

Eine andere Sache, die Sie tun können, ist, die Signalspuren jeder Gruppe zu trennen und sie in ihrem spezifischen Bereich zu platzieren. Außerdem wäre ein Filter großartig, wenn ein Signal durch verschiedene Subsysteme fließt.

EMV-Normen

EMV-Normen

Obwohl es verschiedene Versionen von EMV-Normen gibt, lassen sich die meisten von IEC-Normen inspirieren.

Diese EMV-Normen haben zwei Anforderungen geschaffen, die jedes elektronische Gerät erfüllen muss. Zu diesen Anforderungen gehören:

• Elektronische Geräte dürfen keine negativen elektromagnetischen Interferenzen erzeugen und an andere Geräte übertragen.
• Elektronische Geräte müssen auch EMI von anderen Geräten widerstehen.

Klicken Sie hier, um weitere Informationen zu den verschiedenen EMV-Normen zu erhalten.

Weitere Vorsichtsmaßnahmen für PCB-EMV-Designs

Im Folgenden finden Sie einige Tipps zur Steigerung der Leistung Ihres EMV-PCB-Designs.

1. Seien Sie zunächst vorsichtig, wenn Sie Ihre Oszillator-Layouts entwerfen oder lokalisieren. Daher müssen Sie alle Oszillator-Tankschleifen weit entfernt von analogen Schaltungen, Anschlüssen und langsamen Signalen halten. Denken Sie daran, dass dieser Tipp für die Platine und den Platz im Gehäuse gilt.

2. Außerdem müssen Sie wissen, dass nicht alle Leiterplatten gleich sind. Einige Designs erfordern möglicherweise gefilterte Anschlüsse, um Rauschen herauszufiltern. Außerdem müssen Sie Ihren Stecker mit dem Gehäuse und der Platine verbinden.

3. Als nächstes fahren Sie keine Hochgeschwindigkeits- oder lauten Linien in der Nähe der Kante Ihres Boards. Verrauschte Spuren können leicht Rauschen aufnehmen, daher müssen Sie sie von Bereichen fernhalten, die Rauschen erzeugen. Diese Bereiche umfassen Oszillatorschaltungen, Relaistreiber, Anschlüsse und Relais.

4. Darüber hinaus müssen einige PCBs möglicherweise auf einigen Leitungen gefiltert werden. Eine einfache Lösung dafür sind Ferritperlen. Ferritperlen können hochfrequente Signale begrenzen und zur Entkopplung von Versorgungsleitungen dienen.

5. Denken Sie daran, Kabelbaugruppen in Ihrem Design weit entfernt von einem Oszillator oder einem Abschnitt mit einem Mikrocomputer zu halten. Kabelkonfektionen können die Leistung Ihrer EMV beeinträchtigen, da sie Rauschen aufnehmen und über Ihren gesamten Schaltkreis übertragen.

Unterschied zwischen EMI und EMV?

Wie bereits erwähnt, ist EMI jedes Rauschen, das andere Signale verfälscht, die Daten oder Informationen übertragen oder empfangen.

Außerdem gibt es zwei Möglichkeiten, wie EMI auftreten kann. Das eine geht durch die Luft, das andere passiert, wenn ein Leiter es auf ein anderes Material überträgt (leitfähige EMI).

Im Gegensatz dazu ist EMV die Fähigkeit eines Geräts, gefährlichen EMI-Werten standzuhalten und normal zu funktionieren. Geräte mit einem guten EMV-Standard erzeugen keine unerträgliche EMI und haben keine Signal- und Betriebsunterbrechungen.

Aufrundung

PCB-Design

Elektromagnetische Interferenz ist ein starkes Phänomen, das zu Informationsverlust und schwerwiegenden Systemstörungen führen kann. Es ähnelt dem fiktiven elektromagnetischen Impuls, der alle elektronischen Geräte in Reichweite stören kann.

Wir können EMI jedoch mit EMV-freundlichen Platinen entgegenwirken. Diese Karten haben eine spezifische Immunität, die sie vor Signalstörungen schützt. EMV-Leiterplatten erzeugen auch keine hohen EMI-Werte, sodass sie die Geräte in ihrer Umgebung nicht beeinträchtigen.

Möchten Sie für Ihr nächstes Projekt eine EMV-Leiterplatte bauen? Kontaktieren Sie uns, wir helfen Ihnen gerne weiter.