Niektóre techniki tłumienia EMI przetwornicy DC-DC w produktach IoT

Ta bateria litowo-jonowa jest najprawdopodobniej podłączona do regulatora przełączającego, aby zapewnić stabilne zasilanie.

Stłumienie podatności na EMI w urządzeniach IoT z różnych źródeł jest kluczowe, aby zapewnić, że Twój nowy produkt będzie działał zgodnie z założeniami. Podobnie, Twój produkt IoT powinien ograniczać emisje niepożądane, jeśli chcesz, aby był zgodny z regulacjami EMC. Wśród różnych źródeł promieniowanego EMI z Twojego kolejnego produktu, EMI wewnątrz samego urządzenia również powinno być kontrolowane, aby zapobiec problemom z integralnością sygnału i zasilania.

Źródło(a) zasilania w Twoim urządzeniu IoT może być problematycznym źródłem promieniowanego i przewodzonego EMI, szczególnie przełączające przetwornice DC-DC, które ogólnie pracują z częstotliwościami przełączania na poziomie MHz. Najprawdopodobniej będziesz pracować z wieloma przetwornicami DC-DC na swojej płytce. EMI z tych przetwornic może zakłócać odbiorniki bezprzewodowe, jeśli nie zostaną zaimplementowane pewne ważne kroki w celu filtrowania szumów i izolacji odbiorników. Istnieje kilka podstawowych kroków projektowych, które możesz podjąć podczas układania, aby zmniejszyć EMI przetwornicy DC-DC i osłonić inne wrażliwe obwody przed promieniowanym i przewodzonym EMI w Twojej płytce IoT.

Zaczyna się od Twojego Stackupu

Tak jak w przypadku większości problemów z integralnością sygnału i integralnością zasilania, redukcja EMI przetwornicy DC-DC zaczyna się od odpowiedniego projektu układu warstw. Płyty pełne funkcji dla urządzeń IoT prawdopodobnie będą używać płyt z co najmniej 6 warstwami, aby zapewnić wystarczająco dużo miejsca na trasowanie, płaszczyzny zasilania i masy oraz komponenty na powierzchni płyty. Liczba warstw jest mniej ważna niż układ poszczególnych warstw. Nowe modele telefonów komórkowych przeszły na konstrukcje całkowicie elastyczne lub sztywno-elastyczne, ponieważ zapewniają one dodatkowe miejsce na większą baterię.

Ponieważ układ przetwornicy DC-DC będzie znajdować się na warstwie powierzchniowej, musisz umieścić bezpośrednio pod nią płaszczyznę masy i uczynić ją jak największą. Zapewni to również odpowiednią płaszczyznę odniesienia z niską indukcyjnością pętli dla innych sygnałów na warstwie powierzchniowej. Niektóre karty katalogowe starszych przetwornic DC-DC zalecają wycięcie części płaszczyzny masy wokół ścieżki wyjściowej przed dławikiem wyjściowym. Chociaż może to być odpowiednie dla starszych przetwornic, które używają niższych częstotliwości przełączania i pracują na wyższych poziomach sygnału, jest to złe z punktu widzenia EMI w nowszych urządzeniach IoT/mobilnych.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Na wewnętrznych warstwach umieść płaszczyznę zasilania obok płaszczyzny masy, aby zapewnić wystarczającą pojemność międzywarstwową do odsprzęgania. Układ ten, w połączeniu z umiejętnie rozmieszczonymi kondensatorami odsprzęgającymi, pomoże zmniejszyć drgania na magistrali zasilania. Pozwala to również na stosowanie trasowania typu stripline w warstwach wewnętrznych. Oprócz wykorzystania ekranowania w układzie warstw, twoim celem w projektowaniu stosu warstw powinno być uzyskanie jak najniższej impedancji PDN, aby tłumić EMI wynikające z drgań.

Izolacja

Izolacja występuje w dwóch formach: odległość i ekranowanie. Użycie uziemionego puszki ekranującej do izolacji przetwornicy impulsowej o wysokim prądzie wyjściowym jest oczywistym rozwiązaniem, aby zapobiec indukowaniu niezamierzonych przełączeń w pobliskich obwodach cyfrowych o dużej indukcyjności pętli przez promieniowane EMI. Możesz nie potrzebować puszek ekranujących w swoim produkcie IoT, jeśli działa on na baterii i używa energii oszczędnie. Każdy przewodzony szum, który nie jest zbyt intensywny, może być filtrowany (to jedno z zastosowań kondensatora wyjściowego).

Zamiast tego możesz oddzielić ważne bloki funkcjonalne na swojej płytce za pomocą miedzianego pola uziemionego lub ogrodzeń z przelotkami pomiędzy różnymi obszarami. Należy zauważyć, że ogrodzenia z przelotkami są zwykle optymalizowane pod kątem tłumienia promieniowanego EMI przy pojedynczej długości fali (zazwyczaj częstotliwości odpowiadającej częstotliwości kolana w twoim regulatorze przełączającym). Ponieważ twoim celem jest tłumienie promieniowanego EMI, które zakłóca interferencję z odbiornikami bezprzewodowymi, powinieneś umieścić układ odbiornika jak najdalej od przetwornika. Chociaż przetwornik będzie wytwarzał pewne emisje promieniowane, siła tych emisji będzie mniejsza w odbiorniku, gdy jest on umieszczony dalej od twojego przetwornika.

Power Analyzer by Keysight

Power integrity analysis at design time.

Learn More

Ochrona w PCB smartfona

Wybierz odpowiednie komponenty

Komponenty w twoim układzie przetwornika DC-DC odgrywają ważną rolę w zapewnianiu tłumienia EMI. Powinieneś używać kondensatorów o wystarczająco wysokiej częstotliwości rezonansu własnego (powyżej częstotliwości kolana dla sygnału PWM w twoim regulatorze), aby zapewnić, że dostarczają one pożądanej impedancji pojemnościowej. Twoje dławiki również powinny być typu ekranowanego, aby lepiej ograniczyć pole magnetyczne.

Główni producenci układów scalonych podjęli inicjatywę projektowania przetwornic DC-DC o niskiej emisji EMI, małych rozmiarach i rozsądnych kosztach. TI, Analog i NXP opracowali przetwornice DC-DC, które integrują cewkę wyjściową bezpośrednio w obudowie. Będziesz mógł również umieścić wymagane kondensatory wejściowe i wyjściowe bezpośrednio obok obudowy, zapewniając pętle o niskiej indukcyjności, lub te komponenty zawierają te kondensatory wewnątrz obudowy układu scalonego. Możesz łatwo dołączyć te komponenty do swojej płytki, gdy oprogramowanie do projektowania pozwala Ci wyszukiwać numery części producenta i importować te komponenty do swoich bibliotek.

Możesz zaimplementować wszystkie pokazane tutaj zalecenia dotyczące projektowania, aby zmniejszyć emisję EMI przez przetwornice DC-DC, gdy używasz potężnych narzędzi do projektowania i analizy PCB w Altium Designer^®. Ten kompletny zestaw narzędzi projektowych jest zbudowany na jednolitym silniku projektowym opartym na zasadach, co zapewnia, że Twój układ będzie zgodny z podstawowymi i zaawansowanymi zasadami projektowania podczas tworzenia płytki. Będziesz miał również kompletny zestaw narzędzi do analizy integralności sygnału i przygotowywania materiałów dla Twojego producenta.

Teraz możesz pobrać darmową wersję próbną Altium Designer i dowiedzieć się więcej o najlepszych w branży narzędziach do projektowania układów, symulacji i planowania produkcji. Porozmawiaj z ekspertem Altium już dziś, aby dowiedzieć się więcej.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More