Técnicas para suprimir la EMI de convertidores DC-DC en productos IoT

Es muy probable que esta batería de iones de litio esté conectada a un regulador conmutado para proporcionar energía estable.

Suprimir la susceptibilidad al EMI en dispositivos IoT de diversas fuentes es crítico para asegurar que tu nuevo producto funcione como está diseñado. De manera similar, tu producto IoT debería limitar las emisiones espurias si deseas que cumpla con las regulaciones de EMC. Entre las diversas fuentes de EMI radiado de tu próximo producto, el EMI dentro del propio dispositivo también debe ser controlado para prevenir problemas de integridad de señal y energía.

Las fuentes de energía en tu dispositivo IoT pueden ser una fuente problemática de EMI radiado y conducido, particularmente los convertidores DC-DC conmutados, que generalmente operan a frecuencias de conmutación de MHz. Lo más probable es que estés trabajando con múltiples convertidores DC-DC en tu placa. El EMI de estos convertidores puede interferir con los receptores inalámbricos si no se implementan algunos pasos importantes para filtrar el ruido y aislar los receptores. Hay algunos pasos de diseño básicos que puedes tomar durante el diseño para reducir el EMI de los convertidores DC-DC y proteger otros circuitos sensibles del EMI radiado y conducido en tu PCB IoT.

Comienza con Tu Apilamiento

Como la mayoría de los problemas de integridad de señal e integridad de potencia, la reducción de EMI en convertidores DC-DC comienza con el diseño adecuado del apilado de capas. Las placas repletas de características para dispositivos IoT probablemente usarán placas de un mínimo de 6 capas para proporcionar espacio suficiente para el enrutamiento, planos de potencia y tierra, y componentes en la superficie de la placa. El número de capas es menos importante que la disposición de las diversas capas. Los teléfonos móviles más nuevos han pasado a ser todos flexibles o rígido-flexibles ya que estos proporcionan espacio extra para una batería más grande.

Como tu circuito de convertidor DC-DC estará situado en la capa superficial, necesitarás incluir un plano de tierra directamente debajo de la capa superficial y hacerlo lo más grande posible. Esto también proporcionará un plano de referencia adecuado con baja inductancia de bucle para otras señales en la capa superficial. Algunas hojas de datos de convertidores DC-DC más antiguos recomiendan cortar una porción del plano de tierra alrededor del trazo de salida antes del inductor de salida. Aunque esto puede estar bien para convertidores más antiguos que usan frecuencias de conmutación más bajas y funcionan a niveles de señal más altos, esto es malo desde una perspectiva de EMI en dispositivos IoT/móviles más nuevos.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

En las capas interiores, coloque el plano de potencia adyacente a un plano de tierra para proporcionar suficiente capacitancia interplano para el desacoplamiento. La disposición, además de los condensadores de desacoplamiento colocados juiciosamente, ayudará a reducir el ringing en el bus de potencia. Esto también permite el enrutamiento de stripline en las capas interiores. Además de aprovechar el blindaje en su disposición de capas, su objetivo en el diseño de stackup debería ser conseguir que su impedancia de la PDN sea lo más baja posible para suprimir la EMI proveniente del ringing.

Aislamiento

El aislamiento viene en dos formas: distancia y blindaje. Usar un blindaje aterrizado para aislar una fuente de alimentación conmutada con salida de alta corriente es una solución obvia para prevenir que la EMI radiada induzca conmutaciones no deseadas en circuitos digitales cercanos con gran inductancia de bucle. Es posible que no necesite latas de blindaje en su producto IoT si funciona con batería y utiliza la energía de manera conservadora. Cualquier ruido conducido que no sea demasiado intenso puede ser filtrado (este es uno de los usos del condensador de salida).

En su lugar, puede separar bloques funcionales importantes en su placa con vertido de cobre a tierra o cercas de vías entre diferentes áreas. Tenga en cuenta que las cercas de vías están típicamente optimizadas para suprimir la EMI radiada en una única longitud de onda (generalmente la frecuencia correspondiente a la frecuencia de rodilla en su regulador de conmutación). Dado que su objetivo es suprimir la EMI radiada para evitar interferencias con receptores inalámbricos, debería colocar la circuitería del receptor lejos del convertidor. Aunque el convertidor producirá algunas emisiones radiadas, la fuerza de estas emisiones será menor en un receptor cuando se ubica más lejos de su convertidor.

Power Analyzer by Keysight

Power integrity analysis at design time.

Learn More

Apantallamiento en una PCB de smartphone

Seleccione los Componentes Adecuados

Los componentes en su circuitería de convertidor DC-DC juegan un papel importante en la provisión de supresión de EMI. Debería usar capacitores con una frecuencia de auto-resonancia suficientemente alta (por encima de la frecuencia de rodilla para la señal PWM en su regulador) para asegurar que suministren la impedancia capacitiva deseada. Sus inductores también deberían ser de la variedad blindada para confinar mejor el campo magnético.

Los principales fabricantes de IC han tomado la iniciativa de diseñar convertidores DC-DC de bajo EMI con un factor de forma pequeño y un costo razonable. TI, Analog y NXP han desarrollado convertidores DC-DC que incorporan el inductor de salida directamente en el paquete. También podrás colocar los capacitores de entrada y salida requeridos justo al lado del paquete, asegurando bucles de baja inductancia, o estos componentes incluyen estos capacitores dentro del paquete del IC. Puedes incluir fácilmente estos componentes en tu placa cuando tu software de diseño te permite buscar números de parte del fabricante e importar estos componentes a tus bibliotecas.

Puedes implementar todas las recomendaciones de diseño mostradas aquí para reducir el EMI de los convertidores DC-DC cuando usas las potentes herramientas de diseño y análisis de PCB en Altium Designer^®. Este completo conjunto de herramientas de diseño está construido sobre un motor de diseño unificado y basado en reglas, lo que asegura que tu diseño cumpla con las reglas de diseño básicas y avanzadas a medida que creas tu placa. También tendrás un conjunto completo de herramientas para analizar la integridad de la señal y preparar los entregables para tu fabricante.

Ahora puedes descargar una prueba gratuita de Altium Designer y aprender más sobre las mejores herramientas de diseño de layout, simulación y planificación de producción de la industria. Habla hoy con un experto de Altium para saber más.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More