01Feb

Andy コメント件

EMI を低減するための最適な PCB 設計ガイドが共有されるようになりました

電磁干渉の構成

私たちは物理学から、自然には 4 つの基本的な力があることを知っています。それらは、強い核力（中性子と陽子の結合）、弱い核力（放射性崩壊を可能にする）、重力（物体に重量を与える、またはより大きな物体に向かって引っ張る）、および荷電粒子間の電磁力（これは磁気重力です）です。多くの場合、この電気的および磁気的性質による引力は有利です。たとえば、磁気要素は、モーターのローターの周りのステーターの動きを促進するために使用されます。ただし、場合によっては、この自然に発生する力が必要な回路動作に深刻な問題を引き起こす可能性があります。

すべての電子回路基板は、特定の性能目標を達成するために、電子の流れを可能にするか、さらには強化するように設計されています。この作用 - 電流が閉じた経路を通過する - は、電流の流れに対して垂直に外向きに突出する磁場を生成します。近くに電子部品や信号経路があると、電磁干渉 (EMI) が発生します。多くの PCBA 設計、特に高速回路基板では、EMI の量を制御することが、完全に管理する必要がある主要な考慮事項です。ラジエータ分類モジュールを備えた回路基板の一般的な方法は、EMI フィルタ設計を実装することです。フィルタは効果的ですが、回路基板設計者として、EMI を低減するための他の PCB 設計ガイドラインを理解することは、頻繁に使用する必要があるツールです。

EMC と EMI: 違いは何ですか?

ほとんどの PCBA は、製品内の唯一の電子機器または電気機器ではありません。したがって、ボードの EMI 問題を深く掘り下げる前に、EMI 問題をマクロまたはシステムレベルで理解しておくと役に立ちます。電磁エネルギーが単一のコンポーネント、導体、またはトレースから放出されるのと同様に、回路基板自体から環境に放射されます。以前に行ったことがない場合は、PCB の近くにガウスメーターを配置してください。読み取り値が得られます。複数のボードが近接している場合、電磁適合性または EMC を達成することが重要です。

EMC は、電磁コンポーネント間の許容可能な調和またはバランスを達成するものと見なすことができるため、干渉は最小限に抑えられるか、少なくとも通常の動作に著しく干渉しないほど十分に低くなります。残念ながら、すべての EMI を排除することはできません。ただし、EMC を取得することは。 EMI は実際には電磁源からの干渉であり、通常は単一の PCBA 上の干渉を指します。回路基板上および回路基板からの EMI を最小限に抑えることは、回路基板の作業環境における EMC に役立つため、この分類は問題を調査するのに十分です。

circuit board

PCB EMI はどこから来るのですか?

電磁気は無限の周波数範囲に広がり、ほとんどどこにでもあります。また、下の図に示すように、私たちが日常的に使用する多くのツール、機器、製品によって発生します。

電磁スペクトル

電流がある限り、EMI の可能性があります。 PCBA の場合、EMI の発生源は次のカテゴリのいずれかに分類できます。

成分

電子部品およびコンポーネント、特にプロセッサ、FPGA、増幅器、送信機、アンテナなどの高電力デバイスは、EMI に大きな影響を与える可能性があります。さらに、スイッチアセンブリは破壊的な干渉を引き起こす可能性があります。

信号と追跡

EMI は、配線に沿って、またはピンやコネクタポイントでも発生する可能性があります。たとえば、不平衡な差動ペアルーティングは、伝送経路に沿った信号の減衰と反射につながり、信号の完全性や信号を正確に識別する能力に深刻な影響を与え、回路の動作が正しくなくなる可能性があります。さらに、信号パスとグラウンド・プレーンの間の不要なカップリングが、浮遊容量によって発生する可能性があります。

外部ソース

回路基板が放射源 (おそらく別の回路基板またはコンポーネント) に近すぎると、EMI が PCBA に導入される可能性があります。回路基板環境での他の機器やデバイスの振動や動きによっても、高調波が発生する場合があります。

明らかに、EMI の潜在的な発生源をすべて排除することは困難な作業です。幸いなことに、EMI を低減するための PCB 設計ガイドラインを開発して、ノイズを最小限に抑えて EMC を達成することができます。

EMI を低減するための最良の PCB 設計ガイドライン

回路基板に影響を与える可能性のある EMI の発生源を理解することは、PCBA 性能に対するこの絶え間ない脅威を軽減するための戦略を開発する上で重要です。さらに、発生源の観点から、最小化方法が特定の発生源に固有である EMI は、EMI を削減するための一連の PCB 設計ガイドラインを設計するのに適した位置付けになる可能性があります。

コンポーネントのEMIを低減

前述のように、コンポーネントは EM 放射の主な発生源である可能性があり、オンボード動作に影響を与えるだけでなく、外部 PCBA や電子回路にも損傷を与えます。したがって、それらの悪影響を軽減するためのアクションを定義すること (以下にリスト) は、適切な EMI 削減ガイドラインにとって重要です。

コンポーネントのEMIを減らす方法

できるだけ消費電力の少ない部品を選ぶ

回路基板上の最大の EMI 発生器の 1 つは、大量の電力を必要とするコンポーネントです。消費電力を削減したいという衝動に駆られて、機能や品質を犠牲にしない代替品が見つかることがよくあります。

さまざまなタイプのコンポーネントを分離する

適切な設計方法は、常に同じタイプの信号を処理するコンポーネントをまとめることです。たとえば、デジタルコンポーネントは他のデジタルコンポーネントの近くに配置し、アナログ機器から分離する必要があります。

PCBフェンスを使用

EMI を低減するもう 1 つのツールは、コンポーネントまたはサブ回路をフェンスで囲むことです。 PCB保護リングやファラデーケージなど。これらは、回路基板周辺の環境への放射を効果的に低減することもできます。

放熱技術の使用

電子部品の場合、エネルギーは熱を発生させます。したがって、効率的なラジエーターとスルーホールは、EMI の低減に大きく役立ちます。

コンポーネントの EMI の低減に加えて、配線の動作モードも回路基板の EMI に大きく影響します。

EMIを最小限に抑えるためのPCBレイアウト設計

ボードをレイアウトする際の最も重要な考慮事項の 1 つは、間隔です。これには、導電性要素間の適切なクリアランスと沿面距離の確保が含まれます。

EMI を最小限に抑えるには、適切なクリアランスを維持することが重要です。

多層基板の場合、に示すように、導電層とグランドプレーンの間の順序と距離も重要です。

信号とプレーンからの EMI を減らす方法

信号線同士は十分な間隔をあけてください

配線間の EMI を低減するための最も重要な要素は、間隔またはクリアランスです。 IPC 基準に基づく CM の推奨に従ってください。

デカップリングコンデンサとバイパスコンデンサが接地されていることを確認する

浮遊容量を避けるのは困難です。ただし、コンデンサをピンのできるだけ近くで接地することにより、その影響を軽減できます。

適切な EMI フィルタリングを使用する

ほとんどの設計、特にデジタル信号が使用される設計には、信号の歪みを引き起こすスイッチングデバイスが含まれています。このような場合、信号の忠実度を向上させる最善の方法はフィルタリングです。

リターンパスの長さを最小限に抑える

接地ループはできるだけ短くする必要があります。

差動配線が同じであることを確認します

差動信号パスの場合、ルーティングペアは相互にミラーリングする必要があります。これには、ランの長さ、銅の重量、および一定の間隔が含まれます。必要に応じて、長さと間隔を維持するためにツイストとターンを使用する必要があります。

鋭い角を避ける

配線するときは、尖った角ではなく丸みを帯びたエッジを使用してください。これにより、特性インピーダンスが変更されて反射が発生する可能性があります。

導電層を隣接して配置しないでください

PCB スタックに 2 つの導電層を並べて配置しないでください。それらはグランドプレーンで分離するのが最適です。

グランドプレーンを慎重に分離

信号タイプごとに別々の接地を使用することをお勧めします。ただし、分割グランドプレーンを使用する場合は、必ず 1 点を使用してグランドを結合してください。

レイヤーを含む PCB レイアウトは、良好なシグナルインテグリティを促進し、EMI を低減するために重要です。ただし、外部 EMI に対処しないと、EMI を低減するための PCB 設計ガイドラインのセットは不完全になります。

外部EMIを回避

外部 EMI を最小限に抑えることは、回路基板上のシグナルインテグリティと回路動作、および PCBA 設置環境の EMC にとって非常に重要です。可能なアクションは次のとおりです。

外部ソースからの EMI を低減する方法

シールドを使用

通常、シールドは特定のコンポーネントまたはサブ回路に適用されます。それらは通常、断熱材で作られ、部品の上に置かれたり、完全に囲まれたりするという点で、フェンスとは異なります。

ハウジングを使用

筐体は一般的に安全装置と見なされます。ただし、エンクロージャは、外部ソースからの破片や EMI から回路基板を効果的に保護することもできます。

コンポーネント、レイアウト、および外部ソースに関する上記のすべての PCB 設計ガイドラインは、回路基板上の EMI を効果的に最小限に抑え、回路基板動作環境の EMC に貢献します。ただし、これらが必要かどうかは、設計、その機能、およびパフォーマンスの目標によって異なります。したがって、できれば解析ツールを使用して、設計を最適化して EMI を低減するように努める必要があります。