Elektromagnetisk störning (EMI) i design har länge varit en stor huvudvärk, särskilt inom fordonsområdet. För att minimera EMI så mycket som möjligt, utformar designers vanligtvis scheman och ritar layouter för att minska bruskällorna genom att sänka slingområdena med hög di/dt och switchande övergångshastigheter.
Men ibland, oavsett hur noggrann layouten och den schematiska designen är, är det fortfarande inte möjligt att reducera genomförd EMI till önskad nivå. Detta beror på att bruset inte bara beror på parasitära parametrar i kretsen utan också på strömstyrkan. Dessutom genererar brytarens öppnings- och stängningsfunktion diskontinuerliga strömmar, och dessa diskontinuerliga strömmar skapar spänningsrippel på ingångskondensatorerna, vilket ökar EMI.
Därför är det nödvändigt att använda några andra metoder för att förbättra prestandan för utförd EMI. Den här artikeln fokuserar på att introducera ingångsfilter för att filtrera bort bruset eller att lägga till sköldar för att låsa ute bruset.
Fig. 1 Schematisk skiss av ett EMI-filter
Figur 1 visar ett förenklat EMI-filter, inklusive ett gemensamt läge (CM) filter och ett differentialläge (DM) filter. Vanligtvis används DM-filtret huvudsakligen för att filtrera bort brus mindre än 30MHz (DM-brus) och CM-filtret används huvudsakligen för att filtrera bort brus från 30MHz till 100MHz (CM-brus). Men båda filtren ger faktiskt en viss undertryckning av EMI-brus över hela frekvensbandet.
Figur 2 visar ett ingående ledningsbrus utan filter, inklusive både positivt och negativt brus, och anger toppnivån och medelnivån för dessa brus. I det här fallet använder systemet som testas huvudsakligen chip LMR14050SSQDDARQ1 för att mata ut 5V/5A och för att driva det efterföljande chipet TPS65263QRHBRQ1, som samtidigt matar ut 1,5V/3A, 3,3V/2A och 1,8V/2A. Båda dessa två chips arbetar med en switchfrekvens på 2,2MHz. Dessutom är den genomförda EMI-standarden som visas i figuren CISPR25 Class 5 (C5).
Fig. 2 Ljudegenskaper vid C5-standard (utan filter)
Figur 3 visar EMI-resultaten med tillägg av ett DM-filter. Som framgår av figuren dämpar DM-filtret mellanbandets DM-brus (2MHz till 30MHz) med nästan 35dBμV/m. Dessutom reduceras även högbandsbruset (30MHz till 100MHz) men överskrider fortfarande gränsnivån. Detta beror främst på den begränsade filtreringsförmågan hos DM-filtret för högfrekvensbands CM-brus.
Fig. 3 Ljudegenskaper vid C5-standard (med DM-filter)
Figur 4 visar brusegenskaperna med tillägg av CM- och DM-filter. Jämfört med figur 3 minskar tillägget av CM-filtret CM-bruset med nästan 20 dB μV/m. EMI-prestandan klarar också C5-standarden. Och EMI-prestandan klarar även CISPR25 C5-standarden.
Fig. 4 Bulleregenskaper enligt C5-standard (med CM- och DM-filter)
Figur 5 visar brusegenskaperna för bandets CM- och DM-filter i olika layouter, där filtren är desamma som i figur 4. Jämfört med figur 4 ökar dock bruset med cirka 10 dB μV/m i hela frekvensen bandet, och det högfrekventa bruset överstiger till och med medelvärdet för CISPR25 C5-standarden.
Fig. 5 Bulleregenskaper enligt C5-standard (med CM- och DM-filter, olika layouter)
Skillnaden i brusresultaten mellan figurerna 4 och 5 beror främst på skillnader i PCB-ledningar, som visas i figur 6. I kabeldragningen i figur 5 (höger sida av figur 6) omger ett stort kopparöverlägg (GND) DM-filtret och bildar några parasitiska kapacitanser med Vin-inriktningen. Dessa parasitiska kapacitanser ger en effektiv lågimpedansväg för det högfrekventa signalbypassfiltret. Därför, för att maximera filtrets prestanda, är det nödvändigt att ta bort all kopparbeklädnad runt filtret, som visas på vänster sida av ledningarna i figur 6.
Figur 6 Olika PCB-ledningar
Förutom att lägga till filter är ett annat effektivt sätt att optimera EMI-prestanda att lägga till sköldar. Detta beror på att metallskärmen som är ansluten till GND förhindrar buller från att stråla utåt. Figur 7 rekommenderar en metod för placering av skölden. Skölden råkar täcka alla komponenter på kortet.
Figur 8 visar EMI-resultaten efter att filtret och skölden lagts till. Som visas är bruset i hela frekvensbandet nästan eliminerat av skölden och EMI-prestandan är mycket bra. Detta beror främst på att de långa ingångsledningarna, som är likvärdiga med en antenn, kopplar ihop mycket utstrålat brus, som skärmen råkar isolera. I denna design är IF-brus också kopplat till ingångsledningarna på detta sätt.
Bild 7 3D-modell av PCB med skärmning
Fig. 8 Ljudegenskaper med C5-standard (med CM, DM-filter och skärm)
Figur 9 visar även brusegenskaperna med filter och skärmar. Till skillnad från figur 8 är skölden i figur 9 en metalllåda som sveper runt hela kortet och endast ingångsledningarna är exponerade. Trots skölden kan visst utstrålat brus fortfarande gå förbi EMI-filtret och kopplas till kraftledningarna på kretskortet, vilket resulterar i sämre brusegenskaper än i figur 8. Intressant nog är brusegenskaperna för högfrekvensbandet i figurerna 4, 8 och 9 (samma layoutledningar) är nästan identiska. Detta beror på att med tillägget av EMI-filtret är det högfrekvensbandsutstrålade bruset som kan kopplas till ingångsledningen nästan obefintligt.
Fig. 9 Ljudegenskaper enligt C5-standard (med CM, DM-filter och skärmad metalllåda)
Sammanfattningsvis kan lägga till EMI-filter eller skärmning effektivt förbättra EMI-prestandan. Men samtidigt måste layouten och kabeldragningen av filtren och placeringen av skärmen noggrant övervägas.
Etablerat 2010 med 100 plus anställda & 8000 plus kvm. fabrik av oberoende äganderätter, för att säkerställa standardförvaltningen och uppnå de mest ekonomiska effekterna samt spara kostnader.
Ägde det egna bearbetningscentret, skicklig montör, testare och QC-ingenjörer, för att säkerställa de starka förmågorna för NeoDen-maskiners tillverkning, kvalitet och leverans.
40 plus globala partners täckta i Asien, Europa, Amerika, Oceanien och Afrika, för att framgångsrikt betjäna 10 000 plus användare i hela världen, för att säkerställa bättre och snabbare lokal service och snabba svar.
Skickliga och professionella engelska support- och serviceingenjörer, för att säkerställa ett snabbt svar inom 8 timmar, tillhandahåller lösningen inom 24 timmar.
Den unika bland alla kinesiska tillverkare som registrerade och godkände CE av TUV NORD.
NeoDen tillhandahåller livslång teknisk support och service för alla NeoDen-maskiner, dessutom regelbundna mjukvaruuppdateringar baserade på användningserfarenheter och faktiska dagliga önskemål från slutanvändarna.