Zaloguj się
Wszystkie
22 grudnia 2021
723
Problemy z zakresu kompatybilności elektromagnetycznej stale nękają projektantów płytek drukowanych. Inżynierowie elektronicy, projektujący tego rodzaju systemy, muszą zawsze monitorować poziom emitowanych zakłóceń oraz odporność systemu na oddziaływania tego typu. Niestety, nawet małe niedopatrzenia mogą powodować problemy elektromagnetyczne, które są obecnie jeszcze bardziej powszechne niż kiedykolwiek, ponieważ płytki drukowane kurczą się, a urządzenia wymagają coraz wyższych prędkości działania, oszczędniejszych przetwornic itd.
Dwie podstawowe kwestie w zakresie tych zagadnień to kompatybilność elektromagnetyczna i generowane zakłócenia elektromagnetyczne. Zagadnienia kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) obejmują generowanie, propagację i odbiór energii promieniowania elektromagnetycznej przez omawiane urządzenie. Zazwyczaj wynika to z jego kiepskiego projektu i może powodować niestabilne lub niepoprawne działanie urządzenia. EMI, czyli emisje elektromagnetyczne lub zakłócenia elektromagnetyczne, odnoszą się do emitowania przez urządzenia zakłóceń, które mogłyby być szkodliwe dla innych urządzeń w otoczeniu. W poniższym artykule kwestie związane z projektowaniem PCB i umieszczaniem na nich indukcyjności rozpatrywać będziemy pod kątem minimalizacji generowania zakłóceń elektromagnetycznych przez projektowane urządzenie, gdyż to na ogół jest największym problemem.
Zakłócenia elektromagnetyczne
Prąd zmienny płynący przez dowolny przewodnik generuje promieniowanie elektromagnetyczne. Każda ścieżka na płytce drukowanej jest, w zasadzie, anteną. Oczywiście, na ogół sprawność emisji takiej anteny jest niewielka, wręcz zerowa. Jednakże, jeśli nie zachowa się odpowiednich zasad projektowania systemu, sprawność ta może wzrosnąć na tyle, że poziom emisji projektowanego systemu przekroczy dopuszczalne granice. Promieniowanie elektromagnetyczne generowane przez urządzenia elektroniczne nie może przekraczać pewnych, opisanych w normach branżowych poziomów. Dlatego też kluczowe jest takie projektowanie systemów elektronicznych, aby minimalizować poziom wytwarzanych EMI. Inaczej może nie być możliwe np. wprowadzenie danego systemu na rynek.
Mechanizm generowania zakłóceń elektromagnetycznych jest bardzo prosty i wynika bezpośrednio z podstawowych praw elektromagnetyzmu, w szczególności z prawa Ampère’a, które wiąże ze sobą indukcję magnetyczną wokół przewodnika z płynącym prądem z jego natężeniem. Zmienny przepływ prądu powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego, które emitowane jest dalej w eter w postaci właśnie zakłóceń. Zakłócenia elektromagnetyczne rozpatruje się w pasmie od 10 (lub 15, zależnie od normy) kHz do 1000 MHz.
W ogólności poziom zakłóceń elektromagnetycznych zależny jest od płynącego ścieżką prądu. Jest także, pośrednio, zależny od częstotliwości – z czego wynika sprawność ścieżki jako anteny. Na ogół sprawność anteny rośnie wraz ze zbliżaniem się jej długości do długości fali sygnału. W przypadku miedzianych ścieżek na laminacie FR4 długość fali przy 10 MHz wynosi od 14 m do 15 m, ale przy 1 GHz już od 137 mm do 154 mm. Dokładna wartość zależna jest m.in. od stałej dielektrycznej laminatu płytki drukowanej i geometrii ścieżki. W dużym uproszczeniu mówiąc, zakłócenia elektromagnetyczne są proporcjonalne do prędkości zmian prądu w czasie, czyli pochodnej di/dt. Im wyższa jest wartość różniczki z prądu dla danego sygnału/danej ścieżki, tym wyższego poziomu EMI możemy się spodziewać.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
