So erfüllen Sie EMI/EMV-Normen in Ihren PCB-Designs

Zachariah Peterson
|  Erstellt: May 28, 2019  |  Aktualisiert am: January 22, 2021

GTEM tests against EMI/EMC standards for PCB design

Ihr nächstes Gerät könnte es bis zu einer GTEM-Zelle für EMV-Tests schaffen

Wie würden Sie es finden, wenn Sie zwei Mobiltelefone nebeneinanderlegten und plötzlich keines von beiden richtig funktionierte? Zum Glück kommt das nicht vor, da Designer und Hersteller große Anstrengungen unternehmen, um sicherzustellen, dass diese Geräte die EMV-Normen für leitungsgeführte und abgestrahlte EMI erfüllen. Jedes Gerät sollte die EMV-Normen erfüllen, bevor es auf den Markt kommt.

Das klingt zwar kompliziert, aber es gibt eine Reihe einfacher Designstrategien, damit Ihr nächstes Gerät die EMV-Tests besteht. Zunächst sollten Sie sich mit den verschiedenen EMV-Normungsorganisationen und den jeweiligen Spezifikationen vertraut machen.

EMV/EMI-Normen für PCB-Design

Die U.S. Federal Communications Commission legte 1979 einige der ersten EMV-Normen fest. Die Europäische Gemeinschaft definierte später ihre eigenen EMV-Normen, die die Grundlage für künftige Normen der Europäischen Union bildeten.

Andere Normungsorganisationen, darunter IEC, ISO, SAE, IEEE und CISPR, legten ebenfalls eine Reihe von Normen für bestimmte Anwendungen oder Branchen fest. Während IEC- und CISPR-Normen vor allem in Europa populär sind, kommen IEEE-Normen vor allem in den USA zum Einsatz, insbesondere die IEEE-Normen für Antennen-Kalibrierungstests.

Das US-Militär definiert seine eigenen MIL-STD EMV-Anforderungen, die zu den strengsten Normen weltweit gehören.

Einhaltung der EMV-Normen

Unternehmen, die bei der Herausgabe nicht-konformer Geräte oder Produkte erwischt werden, können eine Verwarnung erhalten oder mit erheblichen Geldbußen rechnen. Zudem stellt die Nichteinhaltung der EMV-Anforderungen ein Sicherheitsrisiko dar und schadet dem Ruf des Unternehmens. Entwerfen Sie Ihr Design mit einem Blick auf die EMV und vermeiden Sie somit Zivilstrafen, wenn Ihr Gerät vom Band läuft. Designer ergreifen Maßnahmen zur Einhaltung von EMV-Normen, indem sie EMI aus zwei Perspektiven betrachten:

  • EMI-Immunität: Entwickeln Sie ein Gerät, das unerwünschten EMI von Geräten in der Nähe standhält. Dies beginnt in der Regel mit der richtigen Stackup- und Routing-Strategie.
  • Leitungsgeführte und abgestrahlte EMI unterdrücken: Entwerfen Sie ein Gerät, das die von ihm ausgehende Strahlung minimiert. Dabei spielen der Layer-Stack, die Erdungsstrategie und die Komponentenplatzierung eine Rolle.

Ein Bild, das Elektronik, Schaltkreis enthält.

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Messung elektromagnetischer Strahlung mit einer Nahfeldsonde

Strategien zur Einhaltung von EMV-Normen

Es gibt einige grundlegende Designpraktiken, die jeder Designer anwenden sollte, um sicherzustellen, dass seine Platinen elementare EMV-Prüfungen bestehen.

Stackup, Stromversorgung und Erdung

Eine EMV-Compliance-Strategie beginnt mit Ihrem Layer-Stack. Ein Erdungssystem mit niedriger Induktivität minimiert die EMV-Anfälligkeit am effektivsten. Bei mehrlagigen Platinen sollten Sie eine Massefläche direkt unter den Signallagen platzieren, um die Schleifeninduktivität zu minimieren.

Störungen in Signalen mit niedrigem Pegel führen zu niedrigeren Signal-Rausch-Verhältnissen. Daher ist es eine gute Idee, diese Signale auf einer inneren Schicht zu routen. Wenn Sie genügend Lagen in Ihrem Stapel haben, platzieren Sie diese Leiterbahnen zwischen zwei Masseebenen und platzieren Sie dann Ihre Versorgungsebene unter der untersten Masseebene. Das Platzieren der Versorgungsebene nahe der Masseebene sorgt für eine starke kapazitive Kopplung. Rauschen oder leitungsgebundene EMI in der Versorgungsebene kann leicht in die nahegelegene Masseebene übergehen, anstatt die Signale zu stören.

Seien Sie vorsichtig, wenn Sie Signale von einer inneren Schicht zu einer Oberflächenschicht leiten – Sie müssen eine enge Kopplung aufrechterhalten. Sie können die Kopplung zu einer Referenzebene aufrechterhalten, indem Sie eine nahegelegene parallele Durchkontaktierung zwischen der Masseebene und der Oberflächenschicht platzieren.

Integrierte Abschirmung

Der vernünftige Einsatz von Abschirmungen ist eine weitere Strategie, um Ihrer Platine Immunität gegen gestrahlte EMI zu verleihen. Dadurch werden auch EMI unterdrückt, die von Ihrer Platine abgestrahlt werden. Wenn Sie mit einem drahtlosen Gerät arbeiten, können Sie die Antenne einfach außerhalb der Abschirmung platzieren, so dass sie weiterhin Signale senden und empfangen kann.

Die einfachste Lösung ist die Verwendung einer geerdeten Abschirmung, die einen Faradayschen Käfig um empfindliche Komponenten und Leiterbahnen bildet. Nicht alle Designs und Komponenten sind für diese Lösung geeignet. Daher benötigen Sie möglicherweise eine aufwändigere Abschirmmethode. Wenn Sie eine einheitliche Massefläche im Inneren Ihrer Platine verwenden, bietet ein geerdeter Durchkontaktierungszaun um den Rand Ihrer Platine einen ähnlichen Schutz.

Ein Bild, das Elektronik, Schaltkreis enthält.

Automatisch generierte Beschreibung Abschirmdose zur Unterdrückung abgestrahlter EMI

Mixed-Signal-Layout und Routing

Drahtlose Geräte, die digitale Daten verarbeiten, sind von Natur aus Mixed-Signal-Geräte. Daher sollten Sie digitale, analoge Niederfrequenz- und analoge HF-Abschnitte der Platine in verschiedene Regionen gliedern. Diese Abschnitte sollten ihre eigenen dedizierten Bereiche in der Masseebene haben, aber die Maseebene sollte kontinuierlich gehalten werden. Platzieren Sie die endgültige Rückleitung zur Masse dort, wo die Rückleitungssignale eines Abschnittes nicht unter einem anderen Abschnitt durchgehen.

Bypass-/ Entkoppelungskondensatoren

Abschließend ist es eine gute Idee, Bypass-/Entkopplungskondensatoren als Hochpassfilter zu verwenden. Verbinden Sie diese zwischen dem Power-Pin eines aktiven Bauteils und einer geerdeten Durchkontaktierung, um Restrauschen zurück zur Masse zu leiten. Dies ermöglicht eine Filterung auf zwei Arten. Jede Restwelligkeit oder jedes Schaltgeräusch wird mit einer kleinen Schleifeninduktivität kurz zur Masse zurückgeführt, wodurch die Auswirkungen auf aktive Komponenten und die emittierte Strahlung reduziert werden. Für Rauschen, das durch EMI verursacht wird, gilt dasselbe.

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Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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