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概述

   隨著電子組件功能提升,各種電子產品不斷朝向高速化方向發展,然而高性能化、多功能化、可攜帶化的結果,各式各樣的EMC(ElectroMagneticCompatibi……

    隨著電子組件功能提升,各種電子產品不斷朝向高速化方向發展,然而高性能化、多功能化、可攜帶化的結果,各式各樣的EMC(Electro Magnetic Compatibility)問題,卻成為設計者揮之不去的夢魘。
   目前EMI(Electro Magnetic Interference)噪訊對策,大多仰賴設計者長年累積的經驗,或是利用模擬分析軟體針對框體結構、電子組件,配合國內外要求條件與規範進行分析,換句話說電子產品到了最後評鑒測試階段,才發現、對策EMI問題,事後反覆的檢討、再試作與對策組件的追加,經常變成設計開發時程漫無節制延長,測試費用膨脹的主要原因。
    EMI主要發生源之一亦即印刷電路板(Printed Circuit Board,以下簡稱為PCB)的設計,自古以來一直受到設計者高度重視,尤其是PCB Layout階段,若能夠將EMI問題列入考慮,通常都可以有效事先抑制噪訊的發生,有鑒於此本文要探討如何在PCB的Layout階段,充分應用改善技巧抑制EMI噪訊的強度。

測試條件
    如圖1所示測試場地為室內3m半電波暗室,預定測試頻率範圍為30MHz~1000MHz的電界強度,依此讀取峰值點(Peak Point)當作測試數據(圖2)。
  
    圖3是被測基板A的外觀,該基板為影像處理系統用電路主機板,動作頻率為27MHz與54MHz,電路基板內建CPU、Sub CPU、FRASH,以及SDRAM×5、影像數據/數字轉換處理單元、影像輸出入單元,此外被測基板符合「VCCI規範等級B」的要求,測試上使用相同的電源基板(Board)與變壓器(Adapter)。
 
   首先針對被測基板A進行下列電路設計變更作業: 

  • CPU的頻率線(Clock Line)追加設置EMI噪訊對策用濾波器(Filter),與頻率產生器(Clock Generator)( 圖4)。
  • 影像輸出入單元追加設置Common mode Choke Coil(DLWxxx系列)(圖5)
  • 各IC電源輸入線的Bypass Condenser與電源之間,追加設置Ferrite Beads(圖6)。
  • 追加設置Bypass Condenser,使各IC的所有電源腳架,全部從基板電源層(Plane)通過Bypass Condenser提供電源(圖7)。

各種EMI噪訊對策
a.EMI噪訊對策用電容

    接著進行EMI測試獲得圖8的測試結果,根據測試結果再進行噪訊抑制設計作業,在此同時將設計變更的被測基板A的設計數據讀入EMI噪訊抑制支持工具,並針對支持工具指出的主要部位,例如頻率線、Bus導線Via周圍,分散設置EMI噪訊對策用電容(圖9),主要原因是信號導線的return路徑如果太長或是非連續狀態時,EMI噪訊有增大之虞,為了縮短Return路徑,因此設置連接電源與接地的電容。 
 
    圖10~圖13是改變上述電容容量時的EMI噪訊測試結果,根據測試結果顯示,依照圖14的頻率範圍設置的大容量EMI噪訊對策用電容DuF,可以抑制低頻噪訊Level。雖然設置電容增加PCB的容量負載,不過為了要抑制噪訊,設置在各部位的電容頻率特性,卻可以發揮預期的EMI噪訊抑制效果。
 
 
    實際應用時只要在頻率導線、Bus導線等高頻導線圖案(Pattern)附近、形成CPU、Return路徑的內層面(Plane)的分斷附近、形成噪訊出入口的基板側面附近分散設置EMI噪訊對策用電容,就可以消除該部位周邊的噪訊。
    對各式各樣基板外形、組件封裝、導線的PCB而言,只要以一定間隔設置EMI噪訊對策用電容,同樣可以獲得分散性的噪訊抑制效果。

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