Một số Kỹ thuật để Giảm thiểu Nhiễu EMI từ Bộ Chuyển Đổi DC-DC trong Sản phẩm IoT

Pin Li ion này có khả năng cao được kết nối với một bộ chuyển đổi để cung cấp nguồn điện ổn định.

Việc giảm thiểu sự nhạy cảm với EMI từ nhiều nguồn khác nhau trong thiết bị IoT là rất quan trọng để đảm bảo sản phẩm mới của bạn sẽ hoạt động như thiết kế. Tương tự, sản phẩm IoT của bạn cũng nên hạn chế phát thải không mong muốn nếu bạn muốn nó tuân thủ các quy định EMC. Trong số các nguồn phát ra EMI từ sản phẩm tiếp theo của bạn, EMI bên trong chính thiết bị cũng cần được kiểm soát để ngăn chặn vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu và nguồn điện.

Nguồn điện trong thiết bị IoT của bạn có thể là một nguồn gây ra EMI phát ra và dẫn truyền, đặc biệt là các bộ chuyển đổi DC-DC chuyển mạch, thường hoạt động ở tần số chuyển mạch MHz. Có khả năng, bạn sẽ làm việc với nhiều bộ chuyển đổi DC-DC trên bo mạch của mình. EMI từ các bộ chuyển đổi này có thể gây nhiễu cho bộ thu không dây nếu một số bước quan trọng để lọc nhiễu và cô lập bộ thu không được thực hiện. Có một số bước thiết kế cơ bản bạn có thể thực hiện trong quá trình bố trí để giảm EMI từ bộ chuyển đổi DC-DC và bảo vệ các mạch nhạy cảm khác khỏi EMI phát ra và dẫn truyền trong PCB IoT của bạn.

Bắt đầu từ Cấu trúc Xếp chồng của Bạn

Giống như hầu hết các vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu và tính toàn vẹn nguồn, việc giảm nhiễu điện từ (EMI) cho bộ chuyển đổi DC-DC bắt đầu với thiết kế xếp chồng lớp phù hợp. Các bảng mạch đầy đủ tính năng cho thiết bị IoT sẽ có khả năng sử dụng bảng mạch ít nhất 6 lớp để cung cấp đủ không gian cho việc định tuyến, các lớp nguồn và mặt đất, và các thành phần trên bề mặt bảng mạch. Số lượng lớp không quan trọng bằng cách sắp xếp các lớp khác nhau. Các điện thoại di động mới hơn đã chuyển sang sử dụng hoàn toàn linh hoạt hoặc cứng-linh hoạt vì chúng cung cấp thêm không gian cho một pin lớn hơn.

Khi mạch bộ chuyển đổi DC-DC của bạn được đặt trên lớp bề mặt, bạn sẽ cần phải bao gồm một lớp mặt đất ngay dưới lớp bề mặt và làm cho nó càng lớn càng tốt. Điều này cũng sẽ cung cấp một lớp tham chiếu phù hợp với độ cảm ứng vòng thấp cho các tín hiệu khác trên lớp bề mặt. Một số bảng dữ liệu cho các bộ chuyển đổi DC-DC cũ hơn khuyến nghị cắt bỏ một phần của lớp mặt đất xung quanh đường ra trước cuộn cảm ra. Mặc dù điều này có thể ổn cho các bộ chuyển đổi cũ hơn sử dụng tần số chuyển mạch thấp hơn và hoạt động ở mức tín hiệu cao hơn, nhưng điều này không tốt từ góc độ EMI trong các thiết bị IoT/di động mới hơn.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Trong các lớp bên trong, đặt mặt phẳng nguồn cạnh mặt phẳng đất để cung cấp đủ dung kháng giữa các mặt phẳng cho việc lọc nhiễu. Sự sắp xếp này, cùng với việc đặt hợp lý các tụ lọc nhiễu, sẽ giúp giảm tiếng ồn trên bus nguồn. Điều này cũng cho phép định tuyến dạng stripline trong các lớp bên trong. Ngoài việc khai thác việc che chắn trong sắp xếp các lớp của bạn, mục tiêu trong thiết kế xếp chồng của bạn nên là làm cho trở kháng PDN của bạn thấp nhất có thể để ngăn chặn EMI từ tiếng ồn.

Cách ly

Cách ly có hai hình thức: khoảng cách và che chắn. Sử dụng một hộp che chắn có tiếp đất để cách ly một nguồn cấp điện chuyển đổi với dòng điện cao là một giải pháp rõ ràng để ngăn chặn EMI phát ra từ gây ra sự chuyển mạch không mong muốn trong các mạch số gần đó với độ tự cảm vòng lớn. Bạn có thể không cần sử dụng hộp che chắn trong sản phẩm IoT của mình nếu nó hoạt động bằng pin và sử dụng điện một cách tiết kiệm. Bất kỳ nhiễu dẫn nào không quá mạnh có thể được lọc (đây là một trong những ứng dụng của tụ điện đầu ra).

Thay vào đó, bạn có thể tách các khối chức năng quan trọng trên bảng mạch của mình bằng cách sử dụng lớp đồng nối đất hoặc hàng rào via giữa các khu vực khác nhau. Lưu ý rằng hàng rào via thường được tối ưu hóa để giảm thiểu EMI phát ra ở một bước sóng duy nhất (thường là tần số tương ứng với tần số gối trong bộ điều chỉnh chuyển mạch của bạn). Vì mục tiêu của bạn là giảm thiểu EMI phát ra không làm ảnh hưởng đến bộ thu không dây, bạn nên đặt mạch thu cách xa bộ chuyển đổi. Mặc dù bộ chuyển đổi sẽ tạo ra một số bức xạ phát ra, nhưng sức mạnh của những bức xạ này sẽ thấp hơn tại bộ thu khi nó được đặt xa bộ chuyển đổi hơn.

Power Analyzer by Keysight

Power integrity analysis at design time.

Learn More

Chắn trong PCB của điện thoại thông minh

Chọn Đúng Linh Kiện

Các linh kiện trong mạch chuyển đổi DC-DC của bạn đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp khả năng giảm thiểu EMI. Bạn nên sử dụng tụ điện có tần số tự cộng hưởng đủ cao (cao hơn tần số gối cho tín hiệu PWM trong bộ điều chỉnh của bạn) để đảm bảo chúng cung cấp trở kháng điện dung mong muốn. Các cuộn cảm của bạn cũng nên thuộc loại có chắn để giữ cho trường từ được giới hạn tốt hơn.

Các nhà sản xuất IC lớn đã chủ động thiết kế các bộ chuyển đổi DC-DC giảm EMI với kích thước nhỏ gọn và chi phí hợp lý. TI, Analog và NXP đã phát triển các bộ chuyển đổi DC-DC tích hợp cuộn cảm đầu ra trực tiếp vào gói sản phẩm. Bạn cũng có thể đặt các tụ điện đầu vào và đầu ra cần thiết ngay cạnh gói sản phẩm, đảm bảo các vòng cảm ứng thấp, hoặc các thành phần này bao gồm các tụ điện bên trong gói IC. Bạn có thể dễ dàng bao gồm các thành phần này vào bảng mạch của mình khi phần mềm thiết kế của bạn cho phép bạn tìm kiếm số phần của nhà sản xuất và nhập các thành phần này vào thư viện của bạn.

Bạn có thể áp dụng tất cả các khuyến nghị thiết kế được hiển thị ở đây để giảm EMI của bộ chuyển đổi DC-DC khi bạn sử dụng các công cụ thiết kế và phân tích PCB mạnh mẽ trong Altium Designer^®. Bộ công cụ thiết kế hoàn chỉnh này được xây dựng trên một động cơ thiết kế tuân theo quy tắc thống nhất, đảm bảo bố cục của bạn sẽ tuân thủ các quy tắc thiết kế cơ bản và nâng cao khi bạn tạo bảng mạch của mình. Bạn cũng sẽ có một bộ công cụ đầy đủ để phân tích tính toàn vẹn tín hiệu và chuẩn bị các tài liệu giao hàng cho nhà sản xuất của bạn.

Giờ đây bạn có thể tải về bản dùng thử miễn phí của Altium Designer và tìm hiểu thêm về các công cụ sắp xếp, mô phỏng và lập kế hoạch sản xuất hàng đầu trong ngành. Nói chuyện với một chuyên gia Altium ngày hôm nay để biết thêm thông tin.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More