Projektowanie urządzeń elektronicznych EMC: dobór elementów ...

1

Projektowanie urządzeń

elektronicznych

EMC:

dobór elementów,

okablowanie, projektowanie

PCB, zabezpieczenia

Układy cyfrowe i mikroprocesorowe

2


Podstawowe błędy – nieodpowiedni dobór elementów ze

względu na szybkość działania.

Pamiętaj:

- dobieraj sygnał zegara taktującego procesor o możliwie

małej częstotliwości i dużej stromości zboczy

- nie stosuj układów serii AC (tp=3ns) gdy seria HC

(tp=10ns) jest wystarczająca

- nie stosuj serii HC gdy CMOS 4000 (tp=90ns) jest

wystarczająca


Przeglądaj oferty różnych producentów:

– układ (procesor) danego typu może być produkowany

przez wiele firm

- pomimo spełniania identycznych funkcji różnica pomiędzy

układami może wynikać z zaprojektowania mniej lub bardziej

przyjaznej struktury pod względem EMC

- część producentów podaje parametry układów związane z

EMC

3


Rozmieszczenie pinów układów scalonych ułatwiające

odsprzęganie zasilania:

- sąsiadujące piny masy i zasilania

- zwielokrotnione piny masy i zasilania

- położone „centralnie” piny masy i zasilania

Dla wszystkich przypadków - mała indukcyjność

wzajemna, brak „pętli” prądowych w obwodach zasilania,

łatwość odsprzęgania pojemnościami!


Redukcja emisji zaklóceń poprzez kontrolę „slew rate” dV/dt i dI/dt – nie

zawsze możliwa (konieczny kompromis).

Dla bardzo szybkich sygnałów konieczne dopasowanie linii i

prowadzenie ścieżek na PCB z kontrolą impedancji.

Dla szybkich sygnałów (f > 66MHz) stosowanie transmisji różnicowej ‘

+ ‘ zamiast stosowania masy ‘0V’ do powrotu sygnału.

Stosowanie układów o mniejszej emisji zakłóceń, np. układy ACQ i

ACTQ mają zmniejszoną emisję aniżeli AC i ACT. 80C51 Philipsa jest

„cichszy” od 80C51 innych producentów.

4


Preferowanie jest stosowanie układów pracujących bez nasycenia

ponieważ ich czasy narostu i opadania są mniej strome - unikamy

wyższych harmonicznych (unikamy układów TTL).

Stosujemy układy o małej pojemności wejściowej unikając dużych

impulsów prądowych przy zmianie stanu sygnału cyfrowego.

Minimalizujemy w ten sposób emisję pola magnetycznego i dużych

prądów wracających przez masę do zasilania.

Unikamy stanów nieustalonych w liniach zasilających. Przyczyną

mogą być układy „totem – pole” w IC. Stosujemy układy o „low levels

power supply transient”.

Pracujemy z prądami wyjściowymi o wartościach nie większych niż

wymaga tego układ. Niepotrzebne zwiększenie prądu wyjsciowego –

zwiększenie emisyjności.


5



Unikamy stosowania podstawek (dłuższe doprowadzenia, większe

wartości elementów pasożytniczych) – lutujemy układu bezpośrednio

do płytki.

Stosujemy elementy o jak najmniejszych obudowach (SMD).

Jeżeli musimy zastosować podstawkę (np. ZIF na płycie głównej)

wybieramy model do montażu powierzchniowego o możliwie

krótkich doprowadzeniach.

6

Układy cyfrowe i mikroprocesoroweUkładowe metody redukcji zakłóceń

Do kontroli wejść, sterowania klawiatur stosujemy układy reagujące

na poziom sygnału cyfrowego, a nie na zbocze.

Układy reagujące na zbocze są bardzo czułe na zakłócenia

wysokoczęstotliwościowe i na ładunki elektrostatyczne (ESD).

Dla linii transmisyjnych i długich połączeń na PCB stosujemy

sygnały tak wolne jak to możliwe o małej stromości zboczy.

W celu kontroli wyższych harmonicznych sygnałów, zwłaszcza

podczas budowania prototypów, stosujemy zabiegi ograniczające

czasy narostu i opadania sygnałów na wyjściach linii transmisyjnych

(koralikowe rdzenie ferrytowe, szeregowe rezystory, układy RC)

Ograniczamy wartości pojemności obciążenia zmniejszając

impulsy prądowe przy zmianie stanów logicznych.


Układy typu „open collector” umieszczamy możliwie blisko obciążenia i

stosujemy w nich jak największe wartości rezystancji.

Szybkie układy cyfrowe umieszczamy możliwie daleko od kabli i złączy

(kable – anteny odbiorcze, tzw ‘crosstalk’).

Dobrej jakości, układowy watchdog jest bardziej odporny na

zakłócenia od programowego.

Stosowanie układowego! monitora napięcia zasilania pozwala na

uniknięcie błędów pracy układu cyfrowego spowodowanych

wahaniami napięć zasilających.

7


Nieodzowne jest stosowanie wysokiej jakości RF filtrowania i

odsprzęgania napięć zasilających oraz odpowiedniego zaprojektowania

PCB (masy cyfrowa, analogowa, linie transmisyjne, prowadzenie

ścieżek z kontrolą impedancji itp.)

Stosowanie układów asynchronicznych (naturally clocked) zmniejsza

poziom zakłóceń i poziom mocy pobieranej (np. procesory ARM).

Część układów cyfrowych monitorujących zakłócenia o dużym

poziomie musi być ekranowana poprzez przylutowanie do PCB ich

metalowej obudowy.


Układy zegarowe:

- są największym źródłem zakłóceń

- staramy się stosować w nich jak najkrótsze doprowadzenia

- jeżeli przesyłamy sygnał zegara na większą odległość umieszczamy

bufor zegara przy obciążeniu

- gdy sygnał zegara się zniekształci (zaokrągli, nawet do kształtu sinusa)

to dobrze – będzie emitował mniejsze zakłócenia, odtworzenie

prawidłowego kształtu zapewni np. bramka typu „schmitta” umieszczona

na końcu linii

- czasami stosuje się sygnał zegarowy o rozmytym widmie

8


Układy analogowe

Demodulacja sygnałów RF

9

Układy analogowe

Demodulacja sygnałów RF - duży problem w układach analogowych ale

również dotyczy on układów cyfrowych.

Nawet wolne WO są narażone na sygnały np. telefonii komórkowej.

Układy analogowe

Aby układ był odporny na zakłócenia RF musi pracować stabilnie i

liniowo dla zakłóconych napięć: wejściowych, wyjściowych i zasilających

co może być problemem dla układów ze sprzężeniem zwrotnym.

Test odporności na zakłócenia, liniowości i stabilności:

1. odłączyć od układu, źródło obciążenie i filtry przeciwzakłóceniowe

2. podać na wejście układu (jeżeli możliwe to także na wyjście) oraz

poprzez kondensator na zasilanie, szybki (czas narostu < 1ns) sygnał

prostokątny o amplitudzie, dla której Uwypp jest równe 30%

maksymalnej amplitudy powodującej obcinanie napięcia. Częstotliwość

sygnału powinna być zbliżona do środkowej częstotliwości pasma

przenoszenia sygnału.

3. Obserwujemy zachowanie napięcia wyjściowego na oscyloskopie

(slew rate, ringing itp.)

10

Układy analogowe

Dla układów ze SZ: ‘slew rate’ powinien być jak największy, nie

powinny występować przesterowania. ‘Dzwonienia’ dłuższe niż dwa

okresy lub ‘paczkowane’ świadczą o niestabilności układu.

Osiągnięcie dobrej stabilności przy obciążeniu pojemnościowym

wymaga zbocznikowania jego rezystancją o małej wartości

(zazwyczaj podawanej przez producenta WO)

W układach całkujących wymagane jest zastosowanie, oprócz

właściwej gałęzi sprzężenia, szeregowego połączenia małego rezystora

(typ. 560Ω) z kondensatorem o pojemności >10pF. Zabieg ten jest

efektywny tylko w przypadku częstotliwości, dla których wzmacniacz z

zamkniętą pętla SZ ma mniejsze wzmocnienie od układu z bez SZ.

Nigdy nie używamy aktywnych gałęzi SZ.

Układy analogowe

Czasami dla osiągnięcia stabilności układ wymaga zastosowania filtrów RF we

wszystkich gałęziach układu (we, wy, zasilanie)

11

Układy analogowe

Zastosowanie we i wy różnicowego pozwala zmniejszyć rozmiary filtrów

dla małych częstotliwości.

We i wy filtry są niezbędne gdy sygnały do wzmacniacza

doprowadzane/odprowadzane są kablami i liniami transmisyjnymi. W

przypadku prowadzenia sygnału po PCB (małe odległości) filtrowanie

nie jest konieczne.

Wszystkie układy analogowe wymagają dobrej jakości odsprzęgania

RF w obwodach zasilających i referencyjnych. W wielu przypadkach

podobne zabiegi należy przeprowadzić dla zakresu małych

częstotliwości układami RC i LC (szumy).

Staramy się unikać we i wy wysokoimpedancyjnych (wpływ E).

Komparatory powinny pracować w układach z histerezą.

Układy przełączające (switch-mode circuits)

Poziom zakłóceń zależy od wybranej struktury (twarde przełączanie,

ZVS, ZCS, układy rezonansowe, SEPIC, Cuk).

Wpływ na emitowane zakłócenia w układach przełączających

mają także :

- czasy narostu dV/dt i dI/dt

- elementy pasożytnicze L i C

- budowa tranzystorów i odprowadzanie ciepła (np. TO247 – 50pF)

- trr układów prostowniczych

Najprostszym sposobem minimalizacji zakłóceń jest ekranowanie

układów emitujących je, choć nie zawsze jest to sposób skuteczny.

Dlatego projektujemy układy tak aby zminimalizować emitowane

zakłócenia.

12


Często stosowanym sposobem eliminacji zakłoceń wysokoczęstotliwo-

ściowych jest tzw. ‘snubbing’. Istnieją różne układy snubberów.


Inny sposób eliminacji zakłóceń jest zastosowanie „fast recovery”

prostowników.

13


Zakłócenia mogą być także przenoszone poprzez obwody magnetyczne

(w obie strony). Same elementy magnetyczne też mogą emitować

zakłócenia.

Przesyłanie sygnałów

Najlepszy sposób na uniknięcie przenoszenia zakłóceń podczas

transmisji sygnałów jest zastosowanie bezprzewodowych łączy:

podczerwień, światło widzialne, IRDA, światłowody lub łączności

radiowej.

Łącza kablowe także wymagają pewnych zabiegów aby uniknąć

zakłócania przesyłanych sygnałów.

Dla sygnałów o wysokich częstotliwościach stosujemy dopasowanie

linii transmisyjnych, a na PCB prowadzenie ścieżek z kontrolą

impedancji.

Stosujemy transformatory dopasowujące i dławiki tłumiące sygnały

wspólne.

14



15



16



17

Kable i konektory

Kable i inne połączenia, długie ścieżki na PCB to anteny!

Kable i konektory

18

Kable i konektory

Zmienne napięcie – E. Zmienny prąd – M; (30MHz – EM dla 1.5m, 300

MHz – EM dla 150mm, 900 MHz – EM dla 50mm)

Kable i konektory

Gdy długość przewodu porównywalna jest z λ może on stać się

obwodem rezonansowym (będzie dostrojoną anteną).

19

Kable i konektory

Zjawiska niepożądane w przewodach:

- rezystancja przewodu o śr. 1mm dla f = 160 MHz jest 50-krotnie

większa niż dla DC (skinn effect 67% prądu płynie przez zewnętrzne

5µm przewodu)

- 25mm przewód o śr. 1mm ma pojemność własną 1pF co daje wartość

modułu reaktancji 910Ω dla f = 176 MHz

- pin konektora o dł. 10 mm i średnicy 1mm ma induktancję własną 10nH,

co dla przepływu przez pin fali prostokątnej o f = 16MHz i prądzie 40 mA

powoduje spadek napięcia 40 mV i może on się stać źródłem zakłóceń

EMC

- 1m przewód ma induktancję równą 1µH

Dlatego czasem lepiej użyć łączy bezprzewodowych!!!

Kable i konektory

20

Kable i konektory

Zastosowanie linii transmisyjnych zapobiega powstawaniu efektów

antenowych w kablach.

Kable i konektory

21

Kable i konektory

Kable i konektory

22

Kable i konektory

Kable i konektory

Dla płaskich kabli i konektorów ważne jest rozłożenie

sygnałów:

- duża efektywność: return – signal – return – signal – return

etc.

- mniejsza efektywność ale stosowane: return – signal –

signal – return – signal – signal – return etc.

Lepiej stosować skrętkę (węższe pasmo) niż kable

równoległe.

23

Kable i konektory

Ekranowanie kabli:

- spiralnie zwijana folia – dobre ekranowanie dla f < 1MHz

- podłużnie zwijana folia – lepsze właściwości od poprzedniej

- folia z dodatkowym oplotem – dobre ekranowanie dla f <

10MHz

- ciągły, miedziany ekran – lepszy od poprzedniego sposobu

- „Superscreened” kable, ekran wykonany ze stopu niklu

(75%) i żelaza (15%) z niewielkimi dodatkami miedzi i

molibdenu – najlepsze właściwości, zastosowania w

lotnictwie i militarne.

Kable i konektory

Ułożenie sygnałów na pinach gniazd dla połączeń

pomiędzy płytkami drukowanymi:

- najlepiej: 0V – signal – +V - 0V – signal - +V – 0V etc.

- gorsze właściwości ale stosowane: 0V – signal - +V –

signal – 0V – signal - +V – signal – 0V etc.

24

Kable i konektory

Kable i konektory

25

Filtrowanie i ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi


Sposoby filtracji:

- rezystor – wprowadza ewentualne tłumienie w zakresie w. cz. Ze

względu na swoje parametry pasożytnicze: indukcyjność i pojemność.

Przybiera on charakter tłumiącego obwodu rezonansowego.

- stosowane elementy magnetyczne posiadają zazwyczaj zamknięty

rdzeń, bez szczeliny. Ich ograniczenie wynika z pasożytniczej

pojemności własnej i nieliniowej pracy związanej z nasyceniem rdzenia,

dla zakresu m. cz. stosuje się rdzenie tzw. „soft ferrites’. Dobra

efektywność rdzeni do około 1 GHz, choć zaczynają być dostępne

materiały o paśmie paracy do 2 GHz.

- ograniczenia w stosowaniu pojemności wynikają z ich indukcyjności

pasożytniczych (rezonans własny)

26


Sposoby filtracji:

- filtry RC posiadają najbardziej przewidywalne zachowanie przy

tłumieniu sygnałów ze względu na ‘słaby’ rezonans własny. Najlepszy

dobór elementów: duże R (1 – 10) kΩ, małe C (> 10nF). Chętnie

stosowane w tłumieniu zakłóceń w zakresie m. cz.

- filtry LC, Tee i ‘π’ posiadają duże tłumienie, zwłaszcza w zakresie w. cz.

Wadą ich jest ‘wyraźny’ rezonans własny i duża czułość na

dopasowanie.

- filtry Tee typ RCR często stosowane przy połączeniu komputerowych

płyt głównych do ekranów i innych urządzeń peryferyjnych, gdzie odbywa

się szybka transmisja danych przez magistrale danych lub płaskie linie

kablowe. Są to filtry typu C; rezystory odgrywają role terminatorów linii

transmisyjnych (22 – 100) Ω. Często są produkowane jako

drabinki/matryce RCR w obudowach SMD.


Tryb pracy ‘wspólny’ i ‘różnicowy’

27



Duża czułość na

niedopasowanie

28


Mała czułość na

niedopasowanie

Duży problem w

filtrowaniu RF –

słabe parametry sieci

energetycznej w

zakresie RF


Montaż

filtrów

29


Ochrona przeciw ładunkom elektrostatycznym:

- GDT (gas discharge tube) – gazowe, powietrzne iskierniki

(różne zastosowania, m. in. linie transmisyjne)

- MOV (metal oxide varistors) – warystory

- AD (avalanche devices) – półprzewodnikowe podzespoły

lawinowe (szybkie diody Zenera, transile); mała moc

- SCR (tyrystory) – półprzewodnikowe, wolne ale duży prąd

zwarciowy


30



31



32



33


Ekranowanie

Ekranowanie – wprowadzenie nieciągłości impedancji na

drodze propagacji fali elektromagnetycznej (tak jak filtr w

obwodzie elektrycznym). Jest to skuteczny sposób

eliminacji zakłóceń. Wady:

- wzrost kosztów urządzenia,

- wzrost wagi

- wzrost wymiarów

34

Ekranowanie

Materiały o grubości 0.5 mm i większej wprowadzaja dobre

tłumienie fal o f > 1MHz, a bardzo dobre dla f > 100 MHz.

Ograniczenia:

- grubość materiału

- słabe tłumienie poniżej 1 MHz,

- otwory

Generalnie: ‘Bigger and rectagular is better’ – (duże

odległości elementów układu i ścieżek od ścianek

polepszają parametry ekranowania

Ekranowanie

35

Ekranowanie

Otwory

(apertury)

Ekranowanie

36

Ekranowanie

Ekranowanie

37

Ekranowanie

Ekranowanie

38

Ekranowanie

Np. 430mm wąska szczelina w panelu przednim 19’’ racka

jest półfalowym rezonatorem dla f = 350 MHz, czyli

począwszy od tej częstotliwości metalowa obudowa traci

właściwości ekranujące.

Dla efektywności ekranowania (SE) 20 dB dla f = 1 GHz

apertura nie powinna być większa niż 16 mm, dla SE = 40

dB wymiar graniczny wynosi 1.6 mm.

Ekranowanie dla m. cz. (pola magnetyczne) – ekrany

wykonane z MuMetalu lub Radiometalu (duże µ).

Ekranowanie

39

Ekranowanie

Ekranowanie

Elektromagnetyczne

uszczelnianie

40

Ekranowanie

Ekranowanie

Ekranowanie

wyświetlaczy

Można

stosować

lakiery

przewodzące

41

Ekranowanie

Ekranowanie

42

Ekranowanie

PCB też

można

wykorzystać

do

ekranowania

PCB

Odpowiednie zaprojektowanie PCB (printed crcuit board)

może bardzo wpłynąć na EMC układu/urządzenia (może się

okazać, że nie musimy stosować lub ograniczyć inne metody

eliminacji zakłóceń), przez co wpływamy na koszty całości.

Często w procesie projektowania definiujemy dwa obszary:

- ‘outside - world’ – gdzie kontrola ‘środowiska elektromagnetycznego’

jest ograniczona lub wręcz niemożliwa

- ‘inside – world’ – gdzie osiągamy pełną kontrolę nad ‘środowiskiem

elektromagnetycznym’

43

PCB

Granica pomiędzy obszarami jest czasami ciężka do zdefiniowania (np.

części przewodzące układu, kable, przełączniki źle lub niedostatecznie

ekranowane).

Najlepsze efekty jeżeli chodzi o koszt urządzenia i kontrolę EMC dają

urządzenia z pojedynczą płytką drukowaną, gdzie mamy ułatwioną

kontrolę nad EMC.

Gdy zdefiniujemy granice ‘inside world’ musimy ją podzielić na podukłady

o różnorodnych właściwościach ze względu na EMC, (stosując

kolokwializmy elektroniczne) np.: ‘brudne’, szybkie, wysokoszumowe,

potencjalnie ‘agresywne’, ‘czyste’, czułe, ciche, mogące być

potencjalnymi ofiarami zakłóceń itp.

PCB

I tak np. prawdopodobieństwo, że układ może być

‘agresywny’ zależy od maksymalnych stromości zboczy

sygnałów w nim płynących dV/dt i dI/dt.

Prawdopodobieństwo, że układ będzie potencjalną ofiarą

zakłóceń zależy od poziomu sygnałów w nim płynących i

marginesu szumów (czułości).

Dlatego układ wymaga podziału i odpowiedniego

rozmieszczenia podukładów, a zwłaszcza rozdzielenia

masy na analogową i cyfrową/impulsową.

44

PCB

PCB

45

PCB

PCB

Zasady rozmieszczania elementów:

Układy zakłócające lub wrażliwe na zakłócenia powinny być

rozmieszczone na wstępie projektowania, jeżeli to możliwe na blisko

środka płytki, jak najdalej od kabli i przewodów.

Do układów tych należą:

- układy zegarowe (ekstremalnie szumiące),

- układy cyfrowe współpracujące z magistralami danych (bardzo

zakłócające),

- mikrokontrolery (zakłócające);

- tranzystory, diody prostownicze, dławiki, transformatory, radiatory

przetwornic impulsowych (bardzo zakłócające)

- analogowe układy scalone (czułe) i wzmacniacze małych (mV)

sygnałów (bardzo czułe)

46

PCB

Po zminimalizowaniu połączeń elementów z płaszczyzny odniesienia

(GND, ‘0V’) wykonujemy rozprowadzenia sygnałów zegarowych

(ekstremalnie agresywnych). Sygnały te powinny być rozprowadzone z

wykorzystaniem jednej warstwy płytki drukowanej w odniesieniu do ‘0V’.

Połączenia powinny być możliwie krótkie, czasami powinno się użyć linii

transmisyjnych (prowadzenie ścieżek z kontrolą impedancji).

Szyny transmisyjne powinny być poprowadzone jako następne,

korzystając z wcześniej podanych zasad.

Bardzo wrażliwe połączenia, zwłaszcza te po których przesyłane są

słabe sygnały prądowe/napięciowe, powinny być poprowadzone z dala

od ścieżek z sygnałami cyfrowymi.

PCB

Inne połączenia analogowe i cyfrowe powinny być poprowadzone także z

uwzględnieniem ich agresywności i czułości. Jeżeli trudne jest

scharakteryzowanie sygnałów na drodze analizy układu konieczny jest

pomiar emisyjności prototypu za pomocą:

- oscyloskopu i sond napięciowych/prądowych,

- sondy pętlowej (antena ramowa; emisyjność pola magnetycznego)

- sondy pola elektrycznego (emisyjność pola elektrycznego)

- ‘Bug detectora’ (pomiaru całkowitego pola EM bez informacji o

składowych widmowych)

Czasami konieczne jest zastosowanie, ekranowania,

optoizolacji itp.

47

PCB

PCB

48

PCB

PCB

49

PCB

PCB

Wszystkie ścieżki posiadają rezystancje i induktancje

(zasada 1nH/mm). Oznacza to, że ścieżka o dłgości 10 mm

ma impedancję równą 6.3 Ω dla f = 100 MHz, a 63 Ω dla f

= 1GHz. Dlatego dla wielkich częstotliwości stosujemy

połączenia ‘obszarami’ a nie ścieżkami (chyba, że z

kontrolą impedancji).

Masa płytki powinna stanowić obszar dla zminimalizowania

parametrów pasożytniczych, nie powinna być ścieżką!!!

Masa powinna leżeć pod wszystkimi elementami i ścieżkami,

wszystkie otwory, przelotki (via) itp. osłabiają właściwości

masy dla RF.

50

PCB

Zasada mówi, że masa zachowuje swoją efektywność gdy wszystkie

szczeliny i przerwy nie będą większe niż 0.01λ sygnału o najwyższej

częstotliwości jaki może się pojawić na płytce (np. dla f = 1GHz, FR4, l

< 1.5mm).

Dla płytek wielowarstwowych dobre właściwości masy uzyskujemy gdy

jej obszar jest szerszy od powierzchni wszystkich połączeń i elementy

znajdujących się na płytce. Szerokość ta powinna wynosić co najmniej

20 krotność odległości pomiędzy warstwami.

Masa ‘jednopunktowa’ dla f < 1MHz. Dla f większych masa powinna

być wielopunktowa w celu uniknięcia powstawania pętli prądowych.

PCB

51

PCB

PCB

Przykładowe

połączenia

elementów do

masy

(nie stosować

dla padów

prostych

stosunków dł.

1:2 itp. aby

uniknąć

rezonansu

własnego)

52

PCB

Płytki wielowarstwowe – koszt płytki czterowarstwowej przekracza o

(20 – 50) % koszt płytki dwuwarstwowej ale daje wiele więcej

możliwości poprawy EMC układu:

- rozdzielenie warstw dla sygnałów cyfrowych i analogowych

- ograniczenie kosztów ze względu na brak konieczności stosowania

intensywnego filtrowania zasilania, głównie dla części cyfrowej

urządzenia (dławiki, koraliki itp.)

- redukcję kosztów z powodu nie stosowania ekranowania itp.

PCB

Odsprzęganie linii zasilających – utrzymanie impedancji linii zasilających

mniejszej niż 1Ω w całym zakresie częstotliwości pracy układu

(zazwyczaj 150kHz – 1GHz).

Sposoby:

- zastosowanie dużego kondensatora w miejscu podłączenia linii

zasilającej do PCB (100µF lub większy, w zależności od prądu

pobieranego przez układ)

- na płytce rozmieszczając duże kondensatory stosujemy zasadę „µF

na jednostkę powierzchni”

- stosuj kondensatory o możliwie małym ESR

- przy każdym pinie zasilającym IC stosujemy odsprzęganie

Problem – rezonans własny kondensatorów!!!

53

PCB

LCf

π2

1=

gdzie L to ESL kondensatora + całkowita indukcyjność doprowadzeń i ścieżek

Najlepsze właściwości mają ceramiczne kondensatory SMD

typu COG i NPO.

Ze względu na rezonanse własne kondensatorów

stosujemy odsprzęganie wielostopniowe, zależne od

zakresu częstotliwości pracy układu.

PCB

54

PCB

PCB

55

PCB

PCB

56

PCB

PCB

(Ln – log. nat.)

57

PCB

PCB

Dla linii obciążonej:

Gdzie Cd jest sumaryczną pojemnością obciążającą linię, a C0 jest

pojemnością charakterystyczną linii nieobciążonej

58

PCB

PCB

59

PCB

PCB

60

PCB

PCB

Zmiana warstw – dla wolnych sygnałów bez znaczenia.

Dla sygnałów szybkich należy jej unikać (np. zmiana

impedancji linii transmisyjnej). Np. dla sygnału o czasie

narostu 2ns zmiana warstwy powinna się odbyć nie dalej

niż 10mm od wyjścia IC lub rezystora terminującego.

Przykładowe rozłożenie sygnałów w warstwach:

- 1. linie transmisyjne i inne krytyczne sygnały,

- 2. ‘0V’,

- 3. ‘+5V’,

- 4. mało krytyczne sygnały

61

PCB

Przykładowe rozłożenie sygnałów w warstwach:

- 1. ‘0V’,

- 2. Linie transmisyjne i inne krytyczne sygnały obrócone o 90 st.

względem warstwy 3,

- 3. Linie transmisyjne i inne krytyczne sygnały obrócone o 90 st.

względem warstwy 2,

- 4. ‘0V’

- 5. ‘+5V’

- 6. mało krytyczne sygnały obrócone o 90 st. względem warstwy 7

- 7. mało krytyczne sygnały obrócone o 90 st. względem warstwy 6

- ‘0V’

PCB

62

PCB

PCB

63

PCB

Zakłócenia sieciowe

Jakość napięcia sieciowego może także wpływać na pracę

układu elektronicznego.

64



65



Dobór

kondensatora

podtrzymujące

go energię

66


Wpływ

odbiorników na

wahania

napięcia

sieciowego


Redukcja zakłóceń

powstających przy

włączaniu/wyłączani

u odbiorników i

zakłóceń iskrowych

67


PFC –

harmoniczne

prostownika


V

W A

Sieć

230V(±10%)

50Hz

=

≤

•=

War

W

VA

W

IU

P

sksk

czynna1η

Usk

IskPczynna Obciążenie

Współczynnik mocy (power factor)

68



Poprawa

PFC za

pomocą

pompy

ładunkowej

69


Aktywna

korekcja PFC


Aktywna

korekcja PFC

- przebiegi

70



Zastosowanie

prostowania

„sześciofazowego”

71


Aktywna

korekcja

PFC przy

zasilaniu

trójfazowym

Projektowanie urządzeń elektronicznych EMC: dobór elementów ...

Documents

Transcript of Projektowanie urządzeń elektronicznych EMC: dobór elementów ...