EMC PCB:電磁干渉に対抗する便利な方法

以前にテレビが無線信号に干渉するのに遭遇したことがありますか?あるいは、飛行機に乗るときになぜ電子機器の電源を切るのか疑問に思ったことはありませんか?理由は簡単です。電磁干渉 (EMI)。EMI は、電子機器でよく見られる現象です。しかし、ここで問題になるのは、EMI をどのように制御するのかということです。そこで EMC PCB の出番です。EMI を排除することはできませんが、EMI の影響を減らし、この PCB 設計による干渉を防ぐことはできます。

EMC PCB とその設計方法の詳細については、以下をお読みください。

PCB の EMI/EMC とは?

電磁干渉

EMI は、電子回路に影響を与える病気のようなものです。実際、これはあらゆる電子回路の信号品質を損ない、誤動作を引き起こす電子妨害です。また、この電子妨害は、電子デバイスからの伝導または放射を介して移動するエネルギーです。

興味深いことに、EMI はデバイスに影響を与え、障害を引き起こしたり、近距離にある他のデバイスに影響を与えたりする可能性があります。電磁干渉はどの周波数でも発生する可能性がありますが、通常は 50MHz を超えると始まります。

電子機器

一方、EMC (電磁両立性) は、重い EMI を放出することなく電子システムを動作させることを可能にします。また、システムは安全な条件下で作業する際に最適なパフォーマンスを判断することもできます。

構築するすべての電子デバイスは、EMI/EMC 規格から逸脱してはなりません。そうしないと、EMI が継続的にパフォーマンスに影響を与えます。したがって、PCB の設計時に EMI を制御する必要があります。

さらに、設計が完了した後で EMI を制御するのは容易ではありません。したがって、実際には多額の費用がかかり、問題が解決しない可能性があります。

そのため、EMC ボードを設計するには、PCB レイアウト、コンポーネントの選択、および回路設計に焦点を当てる必要があります。

EMI および EMC の設計ガイドライン

電磁干渉が少ない、またはゼロの PCB を設計することはできませんが、許容できない EMI を生成しない PCB を作成することはできます。不要な EM 放射を減らすのに役立つ設計ガイドラインがいくつかあります。

1.有鉛デバイスよりも表面実装デバイスを使用する

表面実装デバイス

EMI 規格に準拠したい場合は、SMD がコンポーネントの選択肢になります。有鉛コンポーネントはインダクタンス特性が高く、100 MHz を超える周波数を生成します。このため、ボード上で複数のスルーホール コンポーネントを使用すると、過度のノイズが発生します。

ただし、表面実装デバイスはインダクタンス特性が低く、高密度です。したがって、表面実装デバイスは EMC/EMI 問題の削減に役立ちます。

2.トレース レイアウトを適切に配置して設計する

PCBトレース

PCB には、トレースがなければ通電互換性がありません。ただし、パスに曲がりや交差があると、アンテナが作成されます。そして、それは私たちが避けたいことです。

そこで、トレース設計の標準ルールをいくつか示します:

• トレース間に少なくとも 3W のスペースを常に入れてください (W は幅)。また、すべての信号を他のパスから分離する必要があります。このルールにより、隣接するトレース間のカップリングとクロストークを最小限に抑えることができます。
• トレースを直角に曲げないでください。代わりに 45 度の角度を使用できます。なんで？直角に曲がると静電容量が増加し、インピーダンス値が変化するため、反射が発生します。

直角トレース

• 配線するときは、差動トレースを近づけてください。結合係数を最大化し、ノイズを制御します。

• ビアは必要な場合にのみ使用してください。ビアの使用はできるだけ避けてください。

ビアとトレースの間のインピーダンスの違いにより、ビアは寄生インダクタンスを引き起こす可能性があります。ただし、ビアの使用を避けられない場合は、グランド ビアを信号ビアの近くに配置してください。

PCBビア

• スタブは、高周波で敏感なトレースでは機能しません。スタブは反射を生成し、回路に波長アンテナを追加する可能性があります。

3.適切な接地面を使用する

インダクタンス値の低いグランド プレーンのみを使用する必要があります。そうしないと、EMC 問題に対抗する努力が台無しになります。

幸いなことに、PCB のグランド領域を増やすことで、低インダクタンスのグランド プレーンを得ることができます。また、クロストークと EM 生成の削減にも役立ちます。おすすめのデザインのヒントをいくつか見てみましょう。

注:コンポーネントをランダムに接地点に接続しないでください。良い習慣ではありません。

• グラウンド プレーンのスペースを節約する必要はありません。代わりに、小さなインダクタンス値の恩恵を受けるために、そのすべてのインチを使用するようにしてください.
• 2 層 PCB に常にグランド プレーンを使用できるとは限りません。ただし、グランド グリッドを使用することはできます。グリッド間の距離によってインダクタンス値が決まります。
• 実際、EMC PCB には長いリターン パスは必要ありません。代わりに、短いリターン パスの方がインピーダンスが低いため、EMC パフォーマンスが向上します。
• また、ファラデーのかごリングで騒がしい環境を隔離します。ボードの端にグランドを含めることで、ファラデー ケージ リングを作成できます。次に、ケージは信号が境界外にルーティングされるのを防ぎます。
• 実際のところ、分割開口部は回路を台無しにする可能性があるため、使用方法には注意してください。分割開口部は、インピーダンスを増加させる不均一な領域を作成する可能性があります。
• また、低速回路は電源プレーンの近くに配置し、高速回路はグランド プレーンの近くに配置してください。
• 浮き銅箔エリアを残さないでください。常に接地してください。そうしないと、アンテナができてしまいます。

4. PCB レイヤーを配置する方法

PCB のレイヤー配置も EMC 性能を決定します。 2 つ以上のレイヤー ボードを設計している場合は、レイヤー全体をグランド プレーン専用にする必要があります。ただし、4 層基板では、グランド プレーンの下に電源プレーンが必要です。

PCB レイヤーを配置するための設計ガイドラインを次に示します。

• まず、2 層基板のグランド プレーン専用のレイヤ全体を使用できない場合は、グランド グリッドを使用します。
• 次に、特に別のプレーンを使用している場合は、グランド トレースが電源トレースと平行であることを確認してください。
• 最後に、PCB 設計に 4 つ以上の層がある場合は、次の PCB 配置を使用することをお勧めします:信号層 - グランド層 - 電源層 - 信号層。

5.シールドを活用してください。

シールドは、EM 放射に対抗する有効な方法の 1 つです。そのため、導電性/磁性体のシールド カバーは、信号を外部干渉から保護し、情報の損失を防ぐことができます。

ケーブルシールドの使用をお勧めします。なんで？ケーブル、特にアナログ信号とデジタル信号を伝送するケーブルは EMI の重大な発生源であるためです。また、これらのケーブルには高い寄生容量とインダクタンスがあります。

ただし、ケーブル シールドを使用することで、このような EMI 問題を防ぐことができます。

5.すべての敏感なコンポーネントを分離

電子部品

すべてのコンポーネントをまとめてクラスター化しても、EMC に適した設計を実現することはできません。代わりに、デジタル、アナログ、低速、高速、電源信号などの動作信号に従ってそれらを分離してください。

もう 1 つすべきことは、各グループの信号トラックを分離し、特定の領域に配置することです。さらに、1 つの信号が異なるサブシステムを通過する場合は、フィルターが最適です。

EMC 規格

EMC規格

EMC 規格にはさまざまなバージョンがありますが、ほとんどは IEC 規格から着想を得ています。

これらの EMC 規格は、すべての電子デバイスが従わなければならない 2 つの要件を作成しました。これらの要件には以下が含まれます:

• 電子機器は、負の電磁干渉を発生させたり、他の機器に送信したりしてはなりません。
• 電子機器は、他の機器からの EMI にも耐える必要があります。

さまざまな EMC 規格の詳細については、ここをクリックしてください。

PCB EMC 設計に関するその他の注意事項

EMC PCB 設計のパフォーマンスを向上させるためのヒントをいくつか紹介します。

1. まず、オシレーターのレイアウトを設計または配置するときは注意してください。したがって、すべてのオシレータ タンク ループをアナログ回路、コネクタ、および低速信号から遠ざける必要があります。このヒントは、ボードの PCB とボックス スペースに適用されることに注意してください。

2. また、すべての PCB が同じというわけではないことも知っておく必要があります。一部の設計では、ノイズを除去するためにフィルタ コネクタが必要になる場合があります。さらに、コネクタをシャーシと PCB に接続する必要があります。

3.次に、ボードの端に高速またはノイズの多いラインを走らせないでください。ノイズの多いトレースはノイズを拾いやすいため、ノイズを生成する領域から離す必要があります。これらの領域には、発振器回路、リレー ドライバー、コネクタ、およびリレーが含まれます。

4. さらに、一部の PCB では、一部のラインでフィルタリングが必要になる場合があります。これに対する簡単な解決策は、フェライト ビーズです。フェライト ビーズは高周波信号を制限し、電源ラインのデカップリングに使用できます。

5. ケーブル アセンブリは、設計内の発振器またはマイクロコンピュータのあるセクションから遠ざけることを忘れないでください。ケーブル アセンブリは、回路全体でノイズを拾って運ぶため、EMC のパフォーマンスを低下させる可能性があります。

EMI と EMC の違い

前述のように、EMI は、データまたは情報を送受信する他の信号を破壊するノイズです。

さらに、EMI が発生する原因は 2 つあります。 1 つは空気を介して発生し、もう 1 つは導体がそれを別の物質に移動するときに発生します (導電性 EMI)。

対照的に、EMC は危険なレベルの EMI に耐え、正常に動作し続けるデバイスの能力です。優れた EMC 規格を備えたデバイスは、耐え難い EMI を生成せず、信号と操作を中断しません。

切り上げ

PCB設計

電磁干渉は、情報の損失や深刻なシステムの混乱を引き起こす可能性がある強力な現象です。これは、範囲内のすべての電子機器を混乱させる架空の電磁パルスに似ています。

ただし、EMC フレンドリーなボードで EMI に対抗できます。これらのボードには、信号の中断から保護する特定の耐性があります。また、EMC PCB は高レベルの EMI を発生させないため、周囲のデバイスに影響を与えません。

次のプロジェクトのために EMC PCB を構築しますか?必ずご連絡ください。喜んでお手伝いさせていただきます。