Tecniche per la soppressione dell'EMI nei convertitori DC-DC nei prodotti IoT

Questa batteria agli ioni di litio è molto probabilmente collegata a un regolatore di commutazione per fornire energia stabile.

Sopprimere la suscettibilità agli EMI nei dispositivi IoT da varie fonti è fondamentale per garantire che il tuo nuovo prodotto funzioni come progettato. Allo stesso modo, il tuo prodotto IoT dovrebbe limitare le emissioni spurie se vuoi che sia conforme alle normative EMC. Tra le varie fonti di EMI radiati dal tuo prossimo prodotto, anche gli EMI all'interno del dispositivo stesso dovrebbero essere controllati per prevenire problemi di integrità del segnale e dell'alimentazione.

La fonte di alimentazione nel tuo dispositivo IoT può essere una fonte problematica di EMI radiati e condotti, in particolare i convertitori DC-DC a commutazione, che generalmente operano a frequenze di commutazione MHz. Molto probabilmente, lavorerai con più convertitori DC-DC sulla tua scheda. Gli EMI da questi convertitori possono interferire con i ricevitori wireless se non vengono implementati alcuni passaggi importanti per filtrare il rumore e isolare i ricevitori. Ci sono alcuni passaggi di progettazione di base che puoi intraprendere durante il layout per ridurre l'EMI dei convertitori DC-DC e proteggere altri circuiti sensibili dagli EMI radiati e condotti nel tuo PCB IoT.

Si Inizia con il Tuo Stackup

Come per la maggior parte dei problemi di integrità del segnale e di integrità della potenza, la riduzione dell'EMI del convertitore DC-DC inizia con il giusto design dello stackup. Le schede ricche di funzionalità per dispositivi IoT utilizzeranno probabilmente schede con un minimo di 6 strati per fornire spazio sufficiente per il routing, i piani di alimentazione e di massa, e i componenti sulla superficie della scheda. Il numero di strati è meno importante rispetto all'arrangiamento dei vari strati. I nuovi telefoni cellulari sono diventati tutti flessibili o rigido-flessibili poiché questi forniscono spazio extra per una batteria più grande.

Poiché il tuo circuito del convertitore DC-DC sarà posizionato sullo strato superficiale, dovrai includere un piano di massa direttamente sotto lo strato superficiale e renderlo il più grande possibile. Questo fornirà anche un piano di riferimento adatto con bassa induttanza di loop per altri segnali sullo strato superficiale. Alcuni datasheet per convertitori DC-DC più vecchi raccomandano di tagliare via una parte del piano di massa attorno alla traccia di uscita prima dell'induttore di uscita. Sebbene ciò possa andare bene per i convertitori più vecchi che utilizzano frequenze di commutazione inferiori e funzionano a livelli di segnale più alti, ciò è negativo da un punto di vista EMI nei nuovi dispositivi IoT/mobile.

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Sui livelli interni, posiziona il piano di alimentazione adiacente a un piano di massa per fornire sufficiente capacitanza interplana per il decoupling. Questa disposizione, oltre a condensatori di decoupling opportunamente posizionati, aiuterà a ridurre il ringing sul bus di alimentazione. Questo consente anche il routing in stripline nei livelli interni. Oltre a sfruttare lo schermaggio nella disposizione dei livelli, il tuo obiettivo nella progettazione dello stackup dovrebbe essere quello di ottenere un'impedenza della rete di distribuzione dell'alimentazione (PDN) il più bassa possibile per sopprimere l'EMI causato dal ringing.

L'isolamento

L'isolamento si presenta in due forme: distanza e schermatura. Utilizzare una schermatura collegata a terra per isolare un alimentatore switching ad alta corrente di uscita è una soluzione ovvia per prevenire che l'EMI irradiato induca commutazioni non intenzionali in circuiti digitali vicini con grande induttanza di loop. Potresti non aver bisogno di schermature metalliche nel tuo prodotto IoT se funziona a batteria e utilizza l'energia in modo conservativo. Qualsiasi rumore condotto che non sia troppo intenso può essere filtrato (questo è uno degli usi del condensatore di uscita).

Invece, puoi separare i blocchi funzionali importanti sulla tua scheda con versamenti di rame collegati a terra o recinzioni di via tra diverse aree. Nota che le recinzioni di via sono tipicamente ottimizzate per supprimere l'EMI irradiata a una singola lunghezza d'onda (solitamente la frequenza corrispondente alla frequenza di ginocchio nel tuo regolatore di commutazione). Poiché il tuo obiettivo è sopprimere l'EMI irradiata che interferisce con i ricevitori wireless, dovresti posizionare il circuito del ricevitore lontano dal convertitore. Anche se il convertitore produrrà alcune emissioni irradiate, la forza di queste emissioni sarà inferiore in un ricevitore quando è situato più lontano dal tuo convertitore.

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Scegli i Componenti Giusti

I componenti nel tuo circuito convertitore DC-DC giocano un ruolo importante nel fornire la soppressione dell'EMI. Dovresti usare condensatori con una frequenza di auto-risonanza sufficientemente alta (sopra la frequenza di ginocchio per il segnale PWM nel tuo regolatore) per assicurare che forniscano l'impedenza capacitiva desiderata. Anche i tuoi induttori dovrebbero essere della varietà schermata per confinare meglio il campo magnetico.

I principali produttori di IC hanno preso l'iniziativa di progettare convertitori DC-DC a bassa EMI con fattore di forma ridotto e costo ragionevole. TI, Analog e NXP hanno sviluppato convertitori DC-DC che incorporano direttamente l'induttore di uscita nel pacchetto. Sarai anche in grado di posizionare i condensatori di ingresso e uscita richiesti direttamente accanto al pacchetto, garantendo loop di induttanza bassi, oppure questi componenti includono questi condensatori all'interno del pacchetto IC. Puoi facilmente includere questi componenti nella tua scheda quando il tuo software di progettazione ti permette di cercare numeri di parte del produttore e importare questi componenti nelle tue librerie.

Puoi implementare tutte le raccomandazioni di progettazione mostrate qui per ridurre l'EMI del convertitore DC-DC quando utilizzi i potenti strumenti di progettazione e analisi PCB in Altium Designer^®. Questo completo set di strumenti di progettazione è costruito su un motore di progettazione unificato basato su regole, che garantisce che il tuo layout rispetti le regole di progettazione di base e avanzate mentre crei la tua scheda. Avrai anche a disposizione un completo set di strumenti per analizzare l'integrità del segnale e preparare i deliverable per il tuo produttore.

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