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Mai salito su una moto e sentito radio statica? Questo è EMI. Le candele di accensione per motocicli emettono radiazioni elettromagnetiche quando scintille, disturbando la ricezione del segnale radio. Vi ricordate quando in aereo vi chiedono di spegnere i dispositivi elettronici? Perché i segnali dei dispositivi possono interferire con la navigazione dell'aereo.
Questa interferenza indotta dalle EMI sottolinea l'importanza dell'EMC nella progettazione elettronica. PCB EMC garantisce il funzionamento affidabile dei dispositivi, non causano o sono facilmente influenzati dalle EMI.
Questo articolo tratta i concetti di base dell'EMC, fornisce alcuni suggerimenti per la progettazione dei circuiti stampati, la sintesi più completa degli standard EMC per i circuiti stampati e l'intero processo di collaudo EMC. Iniziamo con ELEPCB!
Definizioni di PCB EMC, EMI ed ESD
Che cos'è l'EMC?
EMC(compatibilità elettromagnetica) è la capacità dei sistemi e delle apparecchiature elettriche di funzionare correttamente senza interferire con altri sistemi o apparecchiature o senza subire interferenze da parte degli stessi. Si ottiene controllando la generazione, la propagazione e la ricezione dell'energia elettromagnetica per evitare interferenze elettromagnetiche indesiderate che potrebbero causare una riduzione delle prestazioni o danni fisici al sistema o all'apparecchiatura.
Che cos'è l'IME?
Interferenze elettromagnetiche (EMI) è il degrado delle prestazioni di un sistema o di un'apparecchiatura a causa di disturbo elettromagnetico. In altre parole, il disturbo elettromagnetico è la causa e l'EMI è l'effetto.
Le EMI possono essere suddivise in due categorie principali.
1. Interferenza continua:
Questo rumore è prodotto da radiazione elettromagnetica sostenutapuò essere sotto forma di radiofrequenza o oscillazione sostenuta. Di solito proviene da oscillatori non schermati o da altri elementi soggetti all'emissione di radiazioni elettromagnetiche.
2. Interferenza a impulsi:
È caratterizzata da brevi esplosioni di energia elettromagnetica ad alta energia. Gli impulsi provengono da fonti quali Scariche elettrostatiche(ESD), i fulmini e la commutazione di circuiti ad alta corrente..
Le EMI possono essere trasferite attraverso vari meccanismi di accoppiamento:
Accoppiamento conduttivo:
Le interferenze di questa categoria avvengono attraverso i conduttori elettrici, come ad esempio potenza linee e cavi.
Accoppiamento radiativo:
Ha luogo quando le onde elettromagnetiche vengono trasmesse da un circuito a un altro, ad esempio in dispositivi come motori, linee elettriche, ecc.
Accoppiamento induttivo:
Questo avviene a causa di una campo magnetico creato tra due conduttori paralleli.
A causa dell'induzione magnetica, una corrente variabile nel tempo in un conduttore può facilmente indurre una tensione nell'altro.
Capacitivo Accoppiamento:
L'accoppiamento capacitivo può verificarsi quando due conduttori si avvicinano l'uno all'altro, consentendo un effetto simile a quello di un condensatore.
Una tensione fluttuante su un conduttore può modificare la tensione sull'altro a causa dell'accoppiamento capacitivo.
Che cosa è ESD?
Scariche elettrostatiche(ESD) è una delle principali fonti di EMIe le EMI possono essere trasferite da diversi meccanismi di accoppiamento descritti in precedenza.
Standard EMC
L'osservanza di questi standard EMC internazionali e nazionali è cruciale per garantire la sicurezza dei vostri prodotti e accesso al mercato.
Elenchi di standard EMC nei PCB
Di seguito sono elencati alcuni dei standard EMC internazionali più autorevoli e alcuni standard comuni.
| Standard | Geografia | Contenuto |
| FCC | Più di 50 stati, Colombia e territori degli Stati Uniti | Tre tipi comuni di certificazione: Certificazione, DoC e Verifica (certificata con un grado di severità decrescente). |
| VDE | Principalmente per il mercato tedesco ed europeo. | Copre le norme di sicurezza, la compatibilità elettromagnetica, i test e le analisi chimiche e molti altri aspetti. |
| CISPR | In tutto il mondo | 7 sottocomitati, rispettivamente responsabili dei metodi di misurazione delle interferenze radio e dei metodi statistici, delle apparecchiature a radiofrequenza industriali, scientifiche e mediche, delle interferenze radio |
| CEI | In tutto il mondo | Responsabile per le attività di standardizzazione internazionale relative ai settori elettrico ed elettronico. |
| Serie GB/T 17626 | Cina | Facendo riferimento alla serie internazionale IEC61000-4-X, l'ultima norma nazionale vigente GB/T 17626 ha un totale di 27 |
| Serie MIL-STD-461 | USA (principalmente per l'esercito americano) | Utilizzato per i test di compatibilità elettromagnetica e la valutazione delle apparecchiature militari. |
| Serie EN 550XX | Area dell'Unione Europea | Equivalente allo standard CISPR, applicabile a diversi tipi di apparecchiature elettriche ed elettroniche |
| Serie AS/NZS CISPR | Australia e Nuova Zelanda | Basato sullo standard CISPR, si applica alle apparecchiature elettriche ed elettroniche commercializzate in Australia e Nuova Zelanda. |
| Categoria | Standard EMC comuni |
| Sanità e scienze della vita Dispositivi medici | IEC 60601-1-1 |
| Automobile | CISPR 12, ISO 7637, ISO 1145-1, ISO 1145-2 |
| Attrezzature per interni | IEC EN 61000-6-6 |
| Stazioni elettriche | IEC EN 61000-6-5 |
| Industriale | IEC EN 61000-6-2, IEC EN 61000-6-4 |
| Commerciale | IEC EN 61000-6-1, IEC EN 61000-6-8 |
| Residenziale | IEC EN 61000-6-1, IEC EN 61000-6-3 |
| Test e misure | IEC EN 61000-4-2, IEC EN 61000-4-3 |
| Attrezzature per l'agricoltura | ISO 14982 |
| Macchinari per l'edilizia | EN 13309 |
Progettazione di PCB per la compatibilità elettromagnetica
La progettazione di un PCB conforme alle norme EMC è trasversale a tutti gli aspetti Schema PCB progettazione, selezione dei componenti e progettazione del layout della PCB.
Due parti fondamentali dell'EMC sono emissione, che è la generazione e la propagazione indesiderata dell'energia elettromagnetica, e la suscettibilità, la ricettività e l'intensità dell'energia elettromagnetica. effetti dannosi di EMI sul sistema. L'obiettivo generale del PCB EMC è quello di ridurre(eliminazione totale non così assicurata) l'emissione e la suscettibilità del PCB.
Misure di progettazione per ridurre al minimo le EMI nei PCB
Progettazione del layout
- Progettazione del piano di potenza: Un progetto ben progettato piano di potenza possono ridurre il rumore e migliorare integrità del segnale.
- Instradamento del livello di segnale: Corretto routing dei livelli di segnale è fondamentale. Utilizzo instradamento della coppia differenziale per i segnali ad alta velocità per ridurre al minimo la diafonia e le radiazioni. Aumentare la distanza tra tracce adiacenti e evitare di instradare le tracce in parallelo l'uno all'altro il più possibile. Spostare le tracce che trasportano segnali digitali veloci lontano dal PCB bordo per evitare emissioni di campo radiante.
- Posizionamento dei componenti: Componente del luogostrategicamente per minimizzare l'accoppiamento tra le tracce di segnale e i piani di alimentazione, riducendo le EMI.
- Piani di terra: I piani di terra riducono al minimo il rumore e il deterioramento del segnale fornendo alla corrente un percorso di ritorno a bassa impedenza, riducendo così al minimo l'introduzione di loop di terra.
Selezione dei componenti
- Componenti a bassa emissione: cercate di scegliere componenti naturalmente più silenziosi, come circuiti integrati a basso EMI, amplificatori a basso rumore e regolatori di tensione a basso rumore. In questo modo si ridurranno le emissioni di radiazioni elettromagnetiche del PCB nel suo complesso.
- Schermatura: Utilizzare componenti schermati o metterli in involucri schermati se si dispone di componenti sensibili. Questo ridurrà la loro tendenza a emettere rumore e li proteggerà dalle interferenze elettromagnetiche esterne.
- Filtraggio: Utilizzare filtri, come condensatori e sfere di ferrite. In questo modo si ridurranno alta frequenza rumore sulle linee di segnale e di alimentazione, migliorare l'immunità complessiva al rumore del circuito e bloccare efficacemente i segnali indesiderati.
Metodi di schermatura
- Schermatura dell'involucro: Con questa tecnica, il PCB è racchiuso in un conduttivo custodia metallica fungendo da schermo per impedire le interferenze. Racchiudere il PCB in un involucro conduttivo ridurrà significativamente anche le emissioni irradiate.
- Schermatura del cavo: I cavi di segnale nei sistemi elettrici sono rivestiti da uno strato conduttivo e vengono collegato a terra ad entrambe le estremità. La schermatura dei cavi può impedire la propagazione delle interferenze elettromagnetiche lungo il cavo.
Progettazione dell'alimentazione
- Disaccoppiamento Condensatori: I condensatori di disaccoppiamento vengono aggiunti per ridurre il rumore nell'alimentazione e migliorare la stabilità del sistema. Per garantire un disaccoppiamento efficace, posizionare i condensatori il più vicino possibile ai pin del circuito integrato e mantenere i conduttori corti.
- Condensatori di bypass: L'uso di condensatori di bypass filtra i disturbi ad alta frequenza provenienti dall'alimentazione.
Misure aggiuntive per ridurre le emissioni
Riduzione del funzionamento della commutazione
- Al minimo e garantire che la commutazione necessaria avvenga lentamente, come consentito.
Design modulare
- Design modulare comporta la separazione dei circuiti che generano molto rumore dal resto del progetto e la garanzia che siano schermati in modo appropriato.
PCB EMC nei sistemi elettrici
Test EMC e conformità EMC
La prima cosa da fare è preparazione, che comprende chiarimento con il cliente sulla PCB Standard EMC vogliono e fare alcuni controlli preliminari sul circuito layout, cablaggio, componente selezioneecc. del progetto del PCB per verificare la presenza di eventuali problemi di EMC.
Inoltre, la preparazione del Disegni di progettazione di PCB e altri documenti, nonché il Campioni di PCB devono essere realizzati secondo gli standard di produzione.
Quindi, determinare il tipo di test EMC del PCB, che comprende principalmente:
Test di emissione di radiazioni
Ad esempio, nel 30MHz 1GHz in una camera oscura ad onde semi-elettriche, il PCB viene messo su un 0,8 m di altezza tavolo di legno sulla piattaforma girevole, l'antenna regolabile in altezza entro 1-4 m, misurazione distanza di 3 m o 10 mecc. per effettuare test di polarizzazione verticale e orizzontale.
Test anti-interferenza
Applicare l'interferenza come campo elettromagnetico ad alta frequenza, gruppo di impulsi elettrici transitori veloci al PCB per osservare la stabilità delle prestazioni.
Come leggere il rapporto di test EMC su PCB?
Fase 1:
Consulta l'intero rapporto
- Visualizzare le informazioni di base sul test EMC del PCB, come ad esempio la organizzazione del test, data del test, ecc.
- Spiegare in dettaglio lo scopo, se è per valutazione delle radiazioni, anti-interferenza, ecc.
- Prestare attenzione agli effetti di la temperatura e l'umidità dell'ambiente ambiente di prova sui risultati, sulla precisione dell'apparecchiatura, ecc. L'aumento eccessivo della temperatura può influire su alcune parti di un circuito stampato e, di conseguenza, sui risultati dei test.
Fase 2:
Interpretazione dei parametri
Prendiamo ad esempio il test delle emissioni irradiate:
- Il "Freq" La colonna rappresenta i diversi punti di frequenza del test, come ad esempio 30MHz, 50MHz, ecc.
- Il "Misura" La colonna fornisce il valore valore dell'intensità della radiazione del PCB a quella frequenza, mentre il "Limite" La colonna fornisce il valore massima intensità di radiazione accettabile alla frequenza corrispondente.
- “Oltre" è la sottrazione del Limite dalla Misura. Se "Passo" è meno e più piccolo, indica che più piccola è la radiazione, il meglio il EMC prestazioni. Se Over è più, ad esempio in un punto di frequenza Over=5dB, significa che il valore limite è superiore di 5 dB e probabilmente non è conforme allo standard.
- “PK" rappresenta il ampiezza massima del segnaleche si suppone essere il valore massimo in ogni unità di tempo. Si adatta alla valutazione del livello di disturbo elettromagnetico nella situazione peggiore, soprattutto per eventi transitori o impulsivi.
- “QP“ è il media temporale della quantità da misurare, ponderato per simulando la percezione dell'orecchio umano di un segnale di interferenza. È adatto per quantificare il livello massimo di disturbo elettromagnetico di un dispositivo per brevi periodi, in particolare i disturbi che colpiscono il senso dell'udito.
- AV rappresenta l'ampiezza media del segnale in un determinato momento ed è rilevante per le apparecchiature che lavorano in un ambiente di stato di funzionamento continuo o stato stazionario per quanto riguarda i suoi disturbi elettromagnetici.
L'applicazione di questi parametri dipende dallo scenario durante i test.
| Tipo di test | Gamma di frequenza | Requisito limite | Criteri di qualificazione |
| Prova di emissione condotta | 9kHz ~ 30MHz | QP + AV | I dati di QP e AV devono essere inferiori ai limiti standard. |
| Test di potenza dei disturbi | 30MHz ~ 300MHz | QP + AV | I dati di QP e AV devono essere inferiori ai limiti standard. *Per 200MHz-300MHz: Se il valore PK è 10dB sotto il limite QP, si applica l'esenzione dal test di radiazione. |
| Test di emissione irradiata (Norma civile) | 30MHz ~ 1000MHz | QP | I dati QP devono essere inferiori al limite standard |
| Alta frequenza. Test di radiazione (Norma civile) | 1000MHz ~ 40GHz | PK + AV | I dati PK e AV devono essere inferiori ai limiti standard. |
| Standard militare (ad esempio, GJB151B) | Non specificato | PK | I dati PK devono essere inferiori al limite standard (Non è richiesta la valutazione di QP/AV) *Fallimento se PK supera il limite (Ignorare i dati QP/AV) |
Fase 3:
Interpretazione grafica
Passo 4:
Analisi dei risultati
- Nel grafico dei risultati ottenuti dal test di emissione di radiazioni, l'ascissa è la frequenza e l'ordinata è l'intensità della radiazione. In caso di il superamento della curva limite in qualche segmento della curvaIl punto di frequenza corrispondente a quella porzione di curva è il punto di frequenza che supererà il limite.
- Ad esempio, sul grafico del rapporto di prova, quando la curva si trova al di sopra della curva limite a 200 MHz, è necessario concentrarsi su questo punto della frequenza.
- Confrontare i risultati dei test con il limite per vedere la tendenza generale, ad esempio se l'intensità delle radiazioni è cambiando regolarmente con l'aumento della frequenza. Se diversi punti di frequenza si avvicinano al limite, pur non avendo superato lo standard, si può affermare che la frequenza di un punto si avvicina al limite. può essere un rischio potenziale.
- Determinare se il PCB soddisfa i requisiti di EMC. In caso contrario, indicare la direzione per il miglioramento, ad esempio ottimizzazione del cablaggio o aggiunta di misure di schermatura.
Conclusione
EMC è una considerazione critica in PCB design. Pertanto, aderendo a Standard EMC è essenziale per garantire l'affidabilità del prodotto, evitare interferenze con altri dispositivi e rispettare i requisiti normativi. Dando la priorità all'EMC nei vostri progetti, potete salvaguardare la sicurezza dei vostri prodotti. funzionalità e redditività di mercato.
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