Elektromagnetisk interferens (EMI) i design har længe været en stor hovedpine, især inden for bilindustrien. For at minimere EMI så meget som muligt, designer designere normalt skemaer og tegner layouts for at reducere støjkilder ved at sænke sløjfeområder med høj di/dt og skifte overgangshastigheder.
Men nogle gange, uanset hvor omhyggeligt layoutet og det skematiske design er, er det stadig ikke muligt at reducere gennemført EMI til det ønskede niveau. Dette skyldes, at støjen ikke kun afhænger af kredsløbets parasitære parametre, men også af strømstyrken. Derudover genererer kontaktens åbning og lukning diskontinuerlige strømme, og disse diskontinuerlige strømme skaber spændingsbølger på indgangskondensatorerne, som øger EMI.
Derfor er det nødvendigt at bruge nogle andre metoder til at forbedre udførelsen af udført EMI. Dette papir fokuserer på at introducere inputfiltre til at filtrere støjen fra eller tilføje skjolde for at låse støjen ud.
Fig. 1 Skematisk skitse af et EMI-filter
Figur 1 viser et forenklet EMI-filter, herunder et common mode (CM) filter og et differential mode (DM) filter. Typisk bruges DM-filteret hovedsageligt til at bortfiltrere støj mindre end 30MHz (DM-støj), og CM-filteret bruges hovedsageligt til at bortfiltrere støj fra 30MHz til 100MHz (CM-støj). Begge filtre giver faktisk en vis undertrykkelse af EMI-støj over hele frekvensbåndet.
Figur 2 viser en indgangsledningsstøj uden filtre, inklusive både positiv og negativ støj, og angiver spidsniveauet og gennemsnitsniveauet for disse støj. I dette tilfælde bruger systemet, der testes, hovedsageligt chip LMR14050SSQDDARQ1 til at udsende 5V/5A og til at drive den efterfølgende chip TPS65263QRHBRQ1, som samtidigt udsender 1,5V/3A, 3,3V/2A og 1,8V/2A. Begge disse to chips fungerer ved en koblingsfrekvens på 2,2 MHz. Derudover er den udførte EMI-standard vist i figuren CISPR25 Klasse 5 (C5).
Fig. 2 Støjkarakteristika ved C5-standard (uden filter)
Figur 3 viser EMI-resultaterne med tilføjelse af et DM-filter. Som det kan ses af figuren, dæmper DM-filteret mellembånds DM-støjen (2MHz til 30MHz) med næsten 35dBμV/m. Derudover reduceres højbåndsstøjen (30MHz til 100MHz) også, men overskrider stadig grænseniveauet. Dette skyldes hovedsageligt DM-filterets begrænsede filtreringsevne til højfrekvensbånds CM-støj.
Fig. 3 Støjkarakteristika ved C5-standard (med DM-filter)
Figur 4 viser støjegenskaberne med tilføjelse af CM- og DM-filtre. Sammenlignet med figur 3 reducerer tilføjelsen af CM-filteret CM-støjen med næsten 20 dB μV/m. EMI-ydelsen passerer også C5-standarden. Og EMI-ydelsen består også CISPR25 C5-standarden.
Fig. 4 Støjegenskaber under C5-standard (med CM- og DM-filtre)
Figur 5 viser støjkarakteristika for bånd CM- og DM-filtrene i forskellige layouter, hvor filtrene er de samme som i figur 4. Men sammenlignet med figur 4 stiger støjen med omkring 10 dB μV/m i hele frekvensen båndet, og den højfrekvente støj overstiger endda gennemsnitsværdien af CISPR25 C5-standarden.
Fig. 5 Støjkarakteristika under C5-standard (med CM- og DM-filtre, forskellige layouts)
Forskellen i støjresultaterne mellem figur 4 og 5 skyldes hovedsageligt PCB-ledningsforskelle, som vist i figur 6. I ledningsføringen i figur 5 (højre side af figur 6) omgiver en stor kobberoverlejring (GND) DM-filteret og danner nogle parasitære kapacitanser med Vin-justeringen. Disse parasitære kapacitanser giver en effektiv lavimpedansvej til højfrekvente signalbypassfilteret. For at maksimere filterets ydeevne er det derfor nødvendigt at fjerne al kobberbeklædningen omkring filteret, som vist i venstre side af ledningerne i figur 6.
Figur 6 Forskellige PCB-ledninger
Ud over at tilføje filtre er en anden effektiv måde at optimere EMI-ydeevne på at tilføje skjolde. Dette skyldes, at metalskærmen forbundet til GND forhindrer støj i at udstråle udad. Figur 7 anbefaler en metode til placering af skjold. Skjoldet dækker tilfældigvis alle komponenterne på brættet.
Figur 8 viser EMI-resultaterne efter tilføjelse af filter og skjold. Som vist er støjen i hele frekvensbåndet næsten elimineret af skjoldet, og EMI-ydelsen er meget god. Dette skyldes primært, at de lange indgangsledninger, som svarer til en antenne, kobler en masse udstrålet støj, som skjoldet tilfældigvis isolerer. I dette design er IF-støj også koblet til indgangsledningerne på denne måde.
Figur 7 3D-model af printkortet med afskærmning
Fig. 8 Støjkarakteristika med C5 standard (med CM, DM filter og skjold)
Figur 9 viser også støjkarakteristika med filtre og skjolde. I modsætning til figur 8 er skjoldet i figur 9 en metalboks, der vikler sig rundt om hele kortet, og kun indgangsledningerne er blotlagte. På trods af skjoldet kan noget udstrålet støj stadig omgå EMI-filteret og koble til strømledningerne på printkortet, hvilket resulterer i dårligere støjkarakteristika end i figur 8. Interessant nok kan højfrekvensbåndets støjegenskaber i figur 4, 8 og 9 (samme layout ledninger) er næsten identiske. Dette skyldes, at med tilføjelsen af EMI-filteret er den højfrekvensbåndsudstrålede støj, der kan kobles til indgangslinjen, næsten ikke-eksisterende.
Fig. 9 Støjegenskaber under C5-standard (med CM, DM-filter og afskærmet metalboks)
Sammenfattende kan tilføjelse af EMI-filtre eller afskærmning effektivt forbedre EMI-ydeevnen. Men samtidig skal layoutet og ledningerne af filtrene og placeringen af skjoldet overvejes nøje.
Etableret i 2010 med 100 plus ansatte & 8000 plus kvm. fabrik af uafhængige ejendomsrettigheder, for at sikre standardstyringen og opnå de mest økonomiske effekter samt spare omkostningerne.
Ejede eget bearbejdningscenter, dygtig montør, tester og QC-ingeniører, for at sikre de stærke evner for NeoDen-maskiners fremstilling, kvalitet og levering.
40 plus globale partnere dækket i Asien, Europa, Amerika, Oceanien og Afrika, for med succes at betjene 10.000 plus brugere i hele verden, for at sikre bedre og hurtigere lokal service og hurtig respons.
Dygtige og professionelle engelske support- og serviceingeniører, for at sikre det hurtige svar inden for 8 timer, giver løsningen inden for 24 timer.
Den unikke blandt alle de kinesiske producenter, der har registreret og godkendt CE af TUV NORD.
NeoDen leverer livslang teknisk support og service til alle NeoDen-maskinerne, desuden regelmæssige softwareopdateringer baseret på brugserfaringer og faktiske daglige anmodninger fra slutbrugerne.