Некоторые методы подавления электромагнитных помех (EMI) в преобразователях постоянного тока в IoT-продуктах

Этот литий-ионный аккумулятор, скорее всего, подключен к коммутационному регулятору для обеспечения стабильного питания.

Подавление восприимчивости к ЭМИ в устройствах IoT от различных источников критически важно для обеспечения работоспособности вашего нового продукта в соответствии с задумкой. Аналогично, ваш продукт IoT должен ограничивать спорадические излучения, если вы хотите, чтобы он соответствовал регуляциям по электромагнитной совместимости (ЭМС). Среди различных источников излучаемого ЭМИ от вашего следующего продукта, ЭМИ внутри самого устройства также должно контролироваться для предотвращения проблем с целостностью сигнала и питания.

Источник(и) питания в вашем устройстве IoT могут быть проблемным источником излучаемого и проводимого ЭМИ, особенно коммутационные преобразователи постоянного тока в постоянный, которые, как правило, работают на частотах переключения в МГц. Скорее всего, вы будете работать с несколькими преобразователями постоянного тока в вашей плате. ЭМИ от этих преобразователей может мешать работе беспроводных приемников, если не выполнены некоторые важные шаги по фильтрации шума и изоляции приемников. Есть некоторые базовые шаги проектирования, которые вы можете предпринять во время размещения компонентов, чтобы уменьшить ЭМИ от преобразователей постоянного тока и защитить другие чувствительные цепи от излучаемого и проводимого ЭМИ в вашей печатной плате IoT.

Начните с Вашего Слоистого Структура

Как и большинство проблем с целостностью сигнала и питания, уменьшение электромагнитных помех (EMI) в преобразователях постоянного тока начинается с правильного дизайна стека слоев. Платы, насыщенные функциями для устройств IoT, вероятно, будут использовать платы минимум из 6 слоев, чтобы обеспечить достаточно места для трассировки, плоскостей питания и земли, а также компонентов на поверхности платы. Количество слоев менее важно, чем расположение различных слоев. Новые мобильные телефоны перешли на полностью гибкие или жестко-гибкие конструкции, так как они обеспечивают дополнительное пространство для более крупной батареи.

Поскольку ваша схема преобразователя постоянного тока будет расположена на поверхностном слое, вам нужно будет включить плоскость заземления непосредственно под поверхностным слоем и сделать ее как можно больше. Это также обеспечит подходящую опорную плоскость с низкой индуктивностью петли для других сигналов на поверхностном слое. В некоторых технических описаниях старых преобразователей постоянного тока рекомендуется вырезать часть плоскости заземления вокруг выходного следа перед выходным дросселем. Хотя это может быть приемлемо для старых преобразователей, использующих более низкие частоты переключения и работающих на более высоких уровнях сигнала, с точки зрения EMI это плохо для новых устройств IoT/мобильных устройств.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

На внутренних слоях размещайте плоскость питания рядом с земляной плоскостью, чтобы обеспечить достаточную межплоскостную емкость для развязки. Такое расположение, наряду с тщательно подобранными развязывающими конденсаторами, поможет уменьшить колебания на шине питания. Это также позволяет использовать маршрутизацию в виде полосковой линии на внутренних слоях. Помимо использования экранирования в вашей компоновке слоев, ваша цель при проектировании стека должна заключаться в том, чтобы сделать импеданс сети питания как можно ниже, чтобы подавить ЭМИ от колебаний.

Изоляция

Изоляция бывает двух видов: расстояние и экранирование. Использование заземленного экранирующего корпуса для изоляции импульсного источника питания с высоким выходным током является очевидным решением для предотвращения излучаемого ЭМИ, которое может вызвать нежелательное переключение в близлежащих цифровых схемах с большой индуктивностью контура. Возможно, вам не понадобятся экранирующие корпуса в вашем IoT-продукте, если он работает от батареи и использует энергию экономно. Любой проводимый шум, который не слишком интенсивен, может быть отфильтрован (это одно из применений выходного конденсатора).

Вместо этого вы можете разделить важные функциональные блоки на вашей плате с помощью заземленного медного залива или через заборы между различными областями. Обратите внимание, что заборы через отверстия обычно оптимизированы для подавления излучаемых электромагнитных помех на одной длине волны (обычно частоте, соответствующей частоте изгиба в вашем коммутационном регуляторе). Поскольку ваша цель - подавить излучаемые электромагнитные помехи, мешающие работе беспроводных приемников, вы должны разместить схему приемника как можно дальше от преобразователя. Хотя преобразователь будет производить некоторые излучаемые помехи, их интенсивность будет ниже у приемника, когда он расположен дальше от вашего преобразователя.

Power Analyzer by Keysight

Power integrity analysis at design time.

Learn More

Экранирование на печатной плате смартфона

Выберите правильные компоненты

Компоненты в вашей схеме DC-DC преобразователя играют важную роль в обеспечении подавления электромагнитных помех. Вы должны использовать конденсаторы с достаточно высокой собственной резонансной частотой (выше частоты изгиба для сигнала ШИМ в вашем регуляторе), чтобы обеспечить желаемое емкостное сопротивление. Ваши индукторы также должны быть экранированными, чтобы лучше ограничить магнитное поле.

Крупные производители интегральных схем приняли инициативу по разработке DC-DC преобразователей с низким уровнем электромагнитных помех, малыми габаритами и приемлемой стоимостью. TI, Analog и NXP разработали DC-DC преобразователи, которые включают выходной индуктор непосредственно в корпус. Вы также сможете разместить необходимые входные и выходные конденсаторы непосредственно рядом с корпусом, обеспечивая низкоиндуктивные контуры, или эти компоненты включают эти конденсаторы внутри корпуса микросхемы. Вы легко сможете включить эти компоненты в свою плату, когда ваше программное обеспечение для проектирования позволяет вам искать номера частей производителя и импортировать эти компоненты в ваши библиотеки.

Вы можете реализовать все рекомендации по проектированию, представленные здесь, для снижения электромагнитных помех от DC-DC преобразователей, когда вы используете мощные инструменты проектирования и анализа печатных плат в Altium Designer^®. Этот полный набор инструментов для проектирования построен на единой движущей силе правил проектирования, что обеспечивает соответствие вашей разводки базовым и продвинутым правилам проектирования в процессе создания вашей платы. У вас также будет полный набор инструментов для анализа целостности сигнала и подготовки документации для вашего производителя.

Теперь вы можете скачать бесплатную пробную версию Altium Designer и узнать больше о лучших в отрасли инструментах для разработки плат, моделирования и планирования производства. Поговорите с экспертом Altium уже сегодня, чтобы узнать больше.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More