Перейти к содержанию

Электромагнитные помехи (EMI)

Любая плата с микроконтроллером излучает: фронты сигналов, импульсы тока по цепям питания и кварцевый генератор создают высокочастотные помехи. Петли и длинные дорожки работают как антенны. Разводка платы решает, насколько сильными они будут.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Электромагнитные помехи (EMI) — высокочастотные помехи, которые схема излучает в пространство или наводит по проводам на другие цепи. В устройствах с микроконтроллером радиочастотный шум рождается внутри микросхемы при переключениях и присутствует на всех её выводах, в питании и земле (TI, SZZA009).

Источники

Источник по TI SZZA009Почему излучает
Выводы ввода-выводадорожки и кабели на них — большая антенна; шум переключений выходит «иголками»
Система питаниястабилизатор и конденсаторы развязки дают импульсный ток всей схеме
Кварцевый генераторсигнал от шины до шины с гармониками

Петли и дорожки — антенны

Петля тока и отрезок проводника излучают тем сильнее, чем они больше, — пока размер не дойдёт до четверти длины волны:

λ4=c4f=3⋅108 м/с4⋅300 МГц=25 см.\frac{\lambda}{4} = \frac{c}{4f} = \frac{3 \cdot 10^8\ \text{м/с}}{4 \cdot 300\ \text{МГц}} = 25\ \text{см}.

На 1 МГц это 75 м, на 300 МГц — всего 25 см. Поэтому петли держат малыми: высокочастотный обратный ток идёт прямо под сигнальной дорожкой, и прорезь в плоскости земли заставляет его обходить её, раздувая петлю (TI, SCAA082A) — подробнее в термине «Путь обратного тока».

Как снижают

Землю ведут под питанием, дорожки питания и земли делают короткими и широкими — у TI отношение длины к ширине не больше 3:1, — фронты сигналов не делают круче, чем нужно. Наводки между соседними дорожками — отдельная тема: перекрёстные помехи.

Частые вопросы

Что сильнее всего излучает на плате с микроконтроллером?

По руководству TI SZZA009 — выводы ввода-вывода: подключённые к ним дорожки и кабели образуют большую антенну, а шум переключений внутри микросхемы выходит на них как «иголки». Следом идут система питания — стабилизатор и конденсаторы развязки — и кварцевый генератор.

Почему петли тока излучают?

Петля и диполь — антенны: чем больше площадь петли или длина дорожки, тем сильнее излучение, пока размер не дойдёт до четверти длины волны. На 300 МГц это всего 25 см, поэтому для быстрых фронтов короткие дорожки и маленькие петли критичны.

Как уменьшить помехи на двухслойной плате?

TI SZZA009 советует вести землю под питанием, делать дорожки питания и земли с отношением длины к ширине не больше 3:1, сетку земли и сплошную землю под микроконтроллером. По оценке TI так двухслойная плата получает около 95 % эффективности четырёхслойной.

Источники

  1. Texas Instruments. PCB Design Guidelines For Reduced EMI (SZZA009, November 1999) — разд. 1.1: радиочастотный шум возникает внутри микросхемы и есть на всех выводах, питании и земле; главный источник — выводы ввода-вывода с подключёнными дорожками, образующими большую антенну; второй — система питания: стабилизатор и конденсаторы развязки; третий — кварцевый генератор; разд. 1.4.1: петли и диполи — антенны, их излучение растёт с размером до четверти длины волны: на 1 МГц λ/4 = 75 м, на 300 МГц — 25 см; разд. 2.1.1: индуктивность дорожки растёт с длиной и медленнее падает с шириной, на двухслойной плате отношение длины к ширине дорожек питания и земли — не больше 3:1, питание и землю ведут друг над другом
  2. Texas Instruments. High-Speed Layout Guidelines (SCAA082A, revised August 2017) — разд. 1.6: на высокой частоте обратный ток идёт по пути наименьшего импеданса — прямо под сигналом; прорезь в плоскости земли заставляет его обходить её, и чем больше площадь петли, тем больше излучение и проблем с ЭМС

Нашли ошибку?

Смотрите также