Algumas Técnicas para Suprimir EMI de Conversores DC-DC em Produtos IoT

Esta bateria de íon de lítio provavelmente está conectada a um regulador de comutação para fornecer energia estável.

Suprimir a suscetibilidade a EMI em dispositivos IoT de várias fontes é crítico para garantir que seu novo produto funcionará conforme projetado. Da mesma forma, seu produto IoT deve limitar emissões espúrias se você deseja que ele esteja em conformidade com as regulamentações de EMC. Entre as várias fontes de EMI radiada do seu próximo produto, a EMI dentro do próprio dispositivo também deve ser controlada para evitar problemas de integridade de sinal e energia.

A(s) fonte(s) de energia no seu dispositivo IoT pode ser uma fonte problemática de EMI radiada e conduzida, particularmente conversores DC-DC de comutação, que geralmente operam em frequências de comutação de MHz. Provavelmente, você estará trabalhando com múltiplos conversores DC-DC na sua placa. A EMI desses conversores pode interferir com receptores sem fio se alguns passos importantes para filtrar ruídos e isolar receptores não forem implementados. Existem alguns passos básicos de design que você pode tomar durante o layout para reduzir a EMI de conversores DC-DC e proteger outros circuitos sensíveis de EMI radiada e conduzida na sua PCB IoT.

Começa com Seu Stackup

Como a maioria dos problemas de integridade de sinal e integridade de potência, a redução de EMI em conversores DC-DC começa com o design correto do empilhamento de camadas. Placas repletas de recursos para dispositivos IoT provavelmente usarão placas com no mínimo 6 camadas para fornecer espaço suficiente para roteamento, planos de potência e terra, e componentes na superfície da placa. O número de camadas é menos importante do que o arranjo das várias camadas. Novos telefones móveis adotaram totalmente flexíveis ou rígido-flexíveis, pois estes fornecem espaço extra para uma bateria maior.

Como a sua circuitaria de conversor DC-DC estará na camada superficial, você precisará incluir um plano de terra diretamente abaixo da camada superficial e torná-lo o maior possível. Isso também fornecerá um plano de referência adequado com baixa indutância de loop para outros sinais na camada superficial. Alguns datasheets para conversores DC-DC mais antigos recomendam cortar uma parte do plano de terra ao redor do traço de saída antes do indutor de saída. Embora isso possa ser adequado para conversores mais antigos que usam frequências de comutação mais baixas e operam em níveis de sinal mais altos, isso é ruim do ponto de vista de EMI em dispositivos IoT/móveis mais novos.

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Nas camadas internas, coloque o plano de alimentação adjacente a um plano de terra para fornecer capacitância interplana suficiente para desacoplamento. A disposição, além de capacitores de desacoplamento colocados judiciosamente, ajudará a reduzir o ringing no barramento de alimentação. Isso também permite o roteamento de stripline nas camadas internas. Além de explorar o blindagem no seu arranjo de camadas, seu objetivo no design de empilhamento deve ser obter sua impedância da PDN o mais baixa possível para suprimir a EMI proveniente do ringing.

Isolamento

O isolamento vem em duas formas: distância e blindagem. Usar uma lata de blindagem aterrada para isolar uma fonte de alimentação chaveada com alta saída de corrente é uma solução óbvia para prevenir a EMI radiada de induzir comutação não intencional em circuitos digitais próximos com grande indutância de loop. Você pode não precisar de latas de blindagem no seu produto IoT se ele funcionar com bateria e usar energia de forma conservadora. Qualquer ruído conduzido que não seja muito intenso pode ser filtrado (esse é um dos usos do capacitor de saída).

Em vez disso, você pode separar blocos funcionais importantes na sua placa com preenchimento de cobre aterrado ou cercas de vias entre diferentes áreas. Note que cercas de vias são tipicamente otimizadas para suprimir EMI irradiada em um único comprimento de onda (geralmente a frequência correspondente à frequência de corte no seu regulador de comutação). Como seu objetivo é suprimir EMI irradiada que interfere com receptores sem fio, você deve posicionar a circuitaria do receptor longe do conversor. Embora o conversor produza algumas emissões irradiadas, a intensidade dessas emissões será menor em um receptor quando ele está localizado mais longe do seu conversor.

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Blindagem em uma PCB de smartphone

Escolha os Componentes Certos

Os componentes na sua circuitaria conversora DC-DC desempenham um papel importante na supressão de EMI. Você deve usar capacitores com frequência de auto-ressonância suficientemente alta (acima da frequência de corte para o sinal PWM no seu regulador) para garantir que eles forneçam a impedância capacitiva desejada. Seus indutores também devem ser do tipo blindado para melhor confinar o campo magnético.

Os principais fabricantes de IC tomaram a iniciativa de projetar conversores DC-DC de baixa EMI com fator de forma pequeno e custo razoável. TI, Analog e NXP desenvolveram conversores DC-DC que incorporam o indutor de saída diretamente no pacote. Você também poderá colocar os capacitores de entrada e saída necessários diretamente ao lado do pacote, garantindo loops de baixa indutância, ou esses componentes incluem esses capacitores dentro do pacote do IC. Você pode facilmente incluir esses componentes em sua placa quando seu software de design permite que você procure por números de peça do fabricante e importe esses componentes para suas bibliotecas.

Você pode implementar todas as recomendações de design mostradas aqui para reduzir a EMI do conversor DC-DC quando usa as poderosas ferramentas de design e análise de PCB em Altium Designer^®. Este conjunto completo de ferramentas de design é construído sobre um motor de design unificado e orientado por regras, o que garante que seu layout cumprirá com as regras de design básicas e avançadas à medida que você cria sua placa. Você também terá um conjunto completo de ferramentas para analisar a integridade do sinal e preparar os entregáveis para seu fabricante.

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