Techniques pour supprimer l'EMI des convertisseurs DC-DC dans les produits IoT

Cette batterie Li-ion est très probablement connectée à un régulateur à découpage pour fournir une alimentation stable.

Supprimer la susceptibilité aux IEM (interférences électromagnétiques) dans les dispositifs IoT provenant de diverses sources est crucial pour garantir que votre nouveau produit fonctionnera comme prévu. De même, votre produit IoT devrait limiter les émissions parasites si vous souhaitez qu'il soit conforme aux réglementations CEM (compatibilité électromagnétique). Parmi les différentes sources d'IEM rayonnées de votre prochain produit, les IEM au sein même du dispositif doivent également être contrôlées pour éviter les problèmes d'intégrité des signaux et de l'alimentation.

La ou les sources d'alimentation dans votre dispositif IoT peuvent être une source problématique d'IEM rayonnées et conduites, en particulier les convertisseurs DC-DC à découpage, qui fonctionnent généralement à des fréquences de commutation de l'ordre du MHz. Très probablement, vous travaillerez avec plusieurs convertisseurs DC-DC sur votre carte. Les IEM de ces convertisseurs peuvent interférer avec les récepteurs sans fil si certaines étapes importantes pour filtrer le bruit et isoler les récepteurs ne sont pas mises en œuvre. Il existe quelques étapes de conception de base que vous pouvez suivre lors du routage pour réduire les IEM des convertisseurs DC-DC et protéger les autres circuits sensibles des IEM rayonnées et conduites dans votre PCB IoT.

Ça commence par votre empilement

Comme la plupart des problèmes d'intégrité des signaux et d'intégrité de puissance, la réduction des interférences électromagnétiques (EMI) d'un convertisseur DC-DC commence par la conception adéquate de l'empilement des couches. Les cartes dotées de nombreuses fonctionnalités pour les dispositifs IoT utiliseront probablement des cartes d'au moins 6 couches afin de fournir suffisamment d'espace pour le routage, les plans d'alimentation et de masse, ainsi que les composants sur la surface de la carte. Le nombre de couches est moins important que l'agencement des différentes couches. Les nouveaux téléphones mobiles sont entièrement flexibles ou rigides-flexibles car cela offre un espace supplémentaire pour une batterie plus grande.

Comme votre circuit de convertisseur DC-DC sera situé sur la couche de surface, vous devrez inclure un plan de masse directement sous la couche de surface et le rendre aussi grand que possible. Cela fournira également un plan de référence approprié avec une faible inductance de boucle pour les autres signaux sur la couche de surface. Certaines fiches techniques pour les anciens convertisseurs DC-DC recommandent de découper une partie du plan de masse autour de la trace de sortie avant l'inductance de sortie. Bien que cela puisse convenir pour les anciens convertisseurs qui utilisent des fréquences de commutation plus basses et fonctionnent à des niveaux de signal plus élevés, c'est mauvais du point de vue EMI dans les nouveaux dispositifs IoT/mobiles.

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Sur les couches intérieures, placez le plan d'alimentation adjacent à un plan de masse pour fournir une capacité interplan suffisante pour le découplage. Cette disposition, en plus de condensateurs de découplage judicieusement placés , aidera à réduire les oscillations sur le bus d'alimentation. Cela permet également le routage en stripline dans les couches intérieures. En plus d'exploiter le blindage dans votre arrangement de couches, votre objectif dans la conception de l'empilement devrait être d'obtenir une impédance de PDN aussi basse que possible pour supprimer l'EMI provenant des oscillations.

L'isolation

se présente sous deux formes : la distance et le blindage. Utiliser un blindage mis à la terre pour isoler une alimentation à découpage avec une sortie de courant élevé est une solution évidente pour éviter que l'EMI rayonné induise des commutations non intentionnelles dans les circuits numériques proches avec une grande inductance de boucle. Vous n'aurez peut-être pas besoin de boîtiers de blindage dans votre produit IoT s'il fonctionne sur batterie et utilise l'énergie de manière conservatrice. Tout bruit conduit qui n'est pas trop intense peut être filtré (c'est l'une des utilisations du condensateur de sortie).

Au lieu de cela, vous pouvez séparer les blocs fonctionnels importants de votre carte avec un plan de masse en cuivre ou des clôtures de vias entre différentes zones. Notez que les clôtures de vias sont généralement optimisées pour supprimer les EMI rayonnées à une seule longueur d'onde (généralement la fréquence correspondant à la fréquence de coupure dans votre régulateur à découpage). Puisque votre objectif est de supprimer les EMI rayonnées qui interfèrent avec les récepteurs sans fil, vous devriez placer le circuit du récepteur loin du convertisseur. Bien que le convertisseur produira des émissions rayonnées, la force de ces émissions sera plus faible au niveau d'un récepteur lorsqu'il est situé plus loin de votre convertisseur.

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Blindage dans un PCB de smartphone

Choisissez les bons composants

Les composants dans votre circuit de convertisseur DC-DC jouent un rôle important dans la fourniture de la suppression des EMI. Vous devriez utiliser des condensateurs avec une fréquence de résonance propre suffisamment élevée (au-dessus de la fréquence de coupure pour le signal PWM dans votre régulateur) pour garantir qu'ils fournissent l'impédance capacitive désirée. Vos inducteurs devraient également être de type blindé afin de mieux confiner le champ magnétique.

Les principaux fabricants de circuits intégrés ont pris l'initiative de concevoir des convertisseurs DC-DC à faible EMI, de petit format et à coût raisonnable. TI, Analog et NXP ont développé des convertisseurs DC-DC qui intègrent directement l'inductance de sortie dans le boîtier. Vous pourrez également placer les condensateurs d'entrée et de sortie nécessaires juste à côté du boîtier, assurant ainsi des boucles à faible inductance, ou ces composants incluent ces condensateurs à l'intérieur du boîtier du CI. Vous pouvez facilement inclure ces composants dans votre carte lorsque votre logiciel de conception vous permet de rechercher des numéros de pièce du fabricant et d'importer ces composants dans vos bibliothèques.

Vous pouvez mettre en œuvre toutes les recommandations de conception présentées ici pour réduire l'EMI des convertisseurs DC-DC lorsque vous utilisez les puissants outils de conception et d'analyse de PCB dans Altium Designer^®. Cet ensemble complet d'outils de conception est construit sur un moteur de conception unifié et piloté par des règles, ce qui garantit que votre agencement respectera les règles de conception de base et avancées au fur et à mesure que vous créez votre carte. Vous disposerez également d'un ensemble complet d'outils pour analyser l'intégrité du signal et préparer les livrables pour votre fabricant.

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