Elektromagnetische interferentie (EMI) in het ontwerp is lange tijd een groot probleem geweest, vooral in de automobielsector. Om EMI zoveel mogelijk te minimaliseren, ontwerpen ontwerpers meestal schema's en tekenen ze lay-outs om ruisbronnen te verminderen door lusgebieden met hoge di / dt te verlagen en overgangssnelheden te schakelen.
Hoe zorgvuldig de lay-out en het schematische ontwerp ook zijn, soms is het echter nog steeds niet mogelijk om geleide EMI tot het gewenste niveau terug te brengen. Dit komt omdat de ruis niet alleen afhangt van circuitparasitaire parameters, maar ook van de stroomsterkte. Bovendien genereert het openen en sluiten van de schakelaar discontinue stromen, en deze discontinue stromen creëren spanningsrimpels op de ingangscondensatoren, die de EMI verhogen.
Daarom is het noodzakelijk om enkele andere methoden te gebruiken om de prestaties van geleide EMI te verbeteren. Dit artikel richt zich op het introduceren van invoerfilters om de ruis weg te filteren of het toevoegen van schilden om de ruis buiten te sluiten.
Afb. 1 Schematische schets van een EMI-filter
Afbeelding 1 toont een vereenvoudigd EMI-filter, inclusief een Common Mode (CM)-filter en een Differential Mode (DM)-filter. Meestal wordt het DM-filter voornamelijk gebruikt om ruis van minder dan 30 MHz (DM-ruis) uit te filteren en wordt het CM-filter voornamelijk gebruikt om ruis van 30 MHz tot 100 MHz (CM-ruis) weg te filteren. Beide filters bieden echter enige onderdrukking van EMI-ruis over de gehele frequentieband.
Afbeelding 2 toont een inputleadruis zonder filters, inclusief zowel positieve als negatieve ruis, en geeft het piekniveau en het gemiddelde niveau van deze ruis aan. In dit geval gebruikt het geteste systeem voornamelijk de chip LMR14050SSQDDARQ1 om 5V/5A uit te voeren en om de daaropvolgende chip TPS65263QRHBRQ1 van stroom te voorzien, die tegelijkertijd 1,5V/3A, 3,3V/2A en 1,8V/2A uitvoert. Beide chips werken op een schakelfrequentie van 2,2 MHz. Bovendien is de geleide EMI-standaard die in de afbeelding wordt weergegeven CISPR25 Klasse 5 (C5).
Afb. 2 Geluidskarakteristieken bij C5-standaard (zonder filter)
Afbeelding 3 toont de EMI-resultaten met toevoeging van een DM-filter. Zoals te zien is in de afbeelding, dempt het DM-filter de mid-band DM-ruis (2 MHz tot 30 MHz) met bijna 35 dBμV/m. Bovendien wordt de high-band ruis (30 MHz tot 100 MHz) ook verminderd, maar overschrijdt nog steeds het limietniveau. Dit komt voornamelijk door het beperkte filtervermogen van het DM-filter voor CM-ruis in de hoge frequentieband.
Afb. 3 Geluidskarakteristieken bij C5-standaard (met DM-filter)
Figuur 4 toont de ruiskarakteristieken met toevoeging van CM- en DM-filters. In vergelijking met afbeelding 3 vermindert de toevoeging van het CM-filter de CM-ruis met bijna 20 dB μV/m. De EMI-prestaties voldoen ook aan de C5-standaard. En de EMI-prestaties voldoen ook aan de CISPR25 C5-standaard.
Afb. 4 Geluidskarakteristieken onder C5-standaard (met CM- en DM-filters)
Afbeelding 5 toont de ruiskarakteristieken van de CM- en DM-bandfilters in verschillende lay-outs, waarbij de filters dezelfde zijn als in afbeelding 4. Vergeleken met afbeelding 4 neemt de ruis echter toe met ongeveer 10 dB μV/m in de hele frequentie band, en de hoogfrequente ruis overtreft zelfs de gemiddelde waarde van de CISPR25 C5-standaard.
Afb. 5 Geluidskarakteristieken onder C5-standaard (met CM- en DM-filters, verschillende lay-outs)
Het verschil in de ruisresultaten tussen afbeelding 4 en 5 is voornamelijk te wijten aan verschillen in de bedrading van de printplaat, zoals weergegeven in afbeelding 6. In de bedrading van afbeelding 5 (rechterkant van afbeelding 6) omringt een grote koperen overlay (GND) het DM-filter en vormt enkele parasitaire capaciteiten met de Vin-uitlijning. Deze parasitaire capaciteiten zorgen voor een effectief pad met lage impedantie voor het hoogfrequente signaalbypassfilter. Om de prestatie van het filter te maximaliseren, is het daarom noodzakelijk om alle koperen bekleding rond het filter te verwijderen, zoals weergegeven aan de linkerkant van de bedrading in afbeelding 6.
Figuur 6 Verschillende PCB-bedrading
Naast het toevoegen van filters, is een andere effectieve manier om de EMI-prestaties te optimaliseren het toevoegen van schilden. Dit komt omdat de metalen afscherming die op GND is aangesloten, voorkomt dat ruis naar buiten straalt. Afbeelding 7 beveelt een methode voor het plaatsen van een schild aan. Het schild bedekt toevallig alle componenten op het bord.
Afbeelding 8 toont de EMI-resultaten na het toevoegen van het filter en het schild. Zoals te zien is, wordt de ruis in de gehele frequentieband bijna geëlimineerd door het schild en zijn de EMI-prestaties erg goed. Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat de lange ingangskabels, die vergelijkbaar zijn met een antenne, veel uitgestraalde ruis koppelen, die de afscherming toevallig isoleert. In dit ontwerp wordt op deze manier ook IF-ruis gekoppeld aan de ingangsdraden.
Figuur 7 3D-model van de printplaat met afscherming
Afb. 8 Geluidskarakteristieken met C5-standaard (met CM-, DM-filter en afscherming)
Figuur 9 toont ook de geluidskarakteristieken met filters en schermen. In tegenstelling tot afbeelding 8 is de afscherming in afbeelding 9 een metalen doos die zich om het hele bord wikkelt en alleen de ingangskabels zijn zichtbaar. Ondanks de afscherming kan wat uitgestraalde ruis nog steeds het EMI-filter omzeilen en koppelen aan de stroomleidingen op de printplaat, wat resulteert in slechtere ruiskarakteristieken dan in afbeelding 8. Interessant is dat de ruiskarakteristieken van de hoogfrequente band in figuren 4, 8 en 9 (bedrading met dezelfde lay-out) zijn bijna identiek. Dit komt omdat met de toevoeging van het EMI-filter de hoogfrequente band uitgestraalde ruis die kan worden gekoppeld aan de ingangslijn bijna onbestaande is.
Afb. 9 Geluidskarakteristieken onder C5-standaard (met CM-, DM-filter en afgeschermde metalen doos)
Samenvattend kan het toevoegen van EMI-filters of afscherming de EMI-prestaties effectief verbeteren. Tegelijkertijd moet echter goed worden nagedacht over de lay-out en bedrading van de filters en de plaatsing van de afscherming.
Opgericht in 2010 met meer dan 100 werknemers en meer dan 8000 vierkante meter. fabriek van onafhankelijke eigendomsrechten, om het standaardbeheer te waarborgen en de meest economische effecten te bereiken en de kosten te besparen.
Bezat het eigen bewerkingscentrum, bekwame monteur, tester en QC-ingenieurs, om de sterke capaciteiten voor de productie, kwaliteit en levering van NeoDen-machines te waarborgen.
Meer dan 40 wereldwijde partners in Azië, Europa, Amerika, Oceanië en Afrika, om met succes meer dan 10.000 gebruikers over de hele wereld van dienst te zijn, om de betere en snellere lokale service en snelle reactie te garanderen.
Bekwame en professionele Engelse ondersteunings- en servicetechnici, om een snelle reactie binnen 8 uur te garanderen, biedt de oplossing binnen 24 uur.
De enige onder alle Chinese fabrikanten die CE hebben geregistreerd en goedgekeurd door TUV NORD.
NeoDen levert levenslange technische ondersteuning en service voor alle NeoDen-machines, bovendien regelmatige software-updates op basis van de gebruikservaringen en de dagelijkse verzoeken van de eindgebruikers.