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EMV-Designtechniken

EMV-Designtechniken


Gute EMV-Entwurfstechniken sind nicht allzu schwierig zu implementieren, wenn sie in den frühesten Entwurfsphasen eingeführt werden. Wenn später im Design Änderungen vorgenommen werden müssen, um die EMV-Anforderungen zu erfüllen, wird es viel schwieriger.

Das EMV-Design aus den frühesten Phasen des Projekts folgt einigen einfachen und vernünftigen Designansätzen.

EMV-Design - einige Grundlagen

Bei der Betrachtung eines Projekts sind EMV-Entwurfskriterien wichtig: Jede elektronische Schaltung mit Signalen, deren Pegel sich ändert, strahlt tendenziell eine gewisse Leistung aus, wie etwaige Verbindungen, und Drähte fungieren als Strahlungsantennen, wie kurz sie auch sein mögen. In ähnlicher Weise neigen Schaltungen dazu, abgestrahlte Signale von anderen Sendern aufzunehmen, unabhängig davon, ob diese Quellen absichtlich senden oder nicht.

Das EMV-Design muss auch alle kapazitiven und induktiven Kopplungen sowie unerwünschte Emissionen berücksichtigen, die entlang gemeinsamer Leitungen für beide Geräte auftreten können. Dies kann auch Erdungslinien umfassen.

Diese EMI-Probleme (Electromagnetic Interference) können verhindern, dass benachbarte elektronische Geräte nebeneinander arbeiten. Mit der enormen Zunahme der Verwendung elektronischer Geräte, diesem Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit, ist die EMV zu einem besonders wichtigen Thema geworden.

Daher ist es notwendig, von Beginn eines neuen Elektronikentwicklungsprojekts an für EMC zu entwerfen und die verschiedenen Entwurfstechniken für EMC in das gesamte Produktkonzept zu implementieren. Nur unter Berücksichtigung des Entwurfs für EMV-Aspekte in der Konzeptphase einer Entwicklung können Vorsichtsmaßnahmen korrekt umgesetzt werden.

In früheren Jahren könnten Sender verhindern, dass lokale Haushaltsfernseher ihr Bild anzeigen. Im schlimmsten Fall kann das gesamte Bild verschwinden oder es kann zu einer Musterbildung des Bildes kommen. Mit der Verbreitung dieser und vieler anderer Beispiele für die Folgen einer schlechten EMV-Regulierung wurde es notwendig, die Situation zu verbessern. Mit modernen elektronischen Geräten ist es jetzt möglich, Mobiltelefone und andere drahtlose Geräte in der Nähe fast aller elektronischen Geräte mit geringen oder keinen Auswirkungen zu betreiben. Dies wurde erreicht, indem sichergestellt wurde, dass Geräte keine unerwünschten Emissionen ausstrahlen, und dass Geräte weniger anfällig für Hochfrequenzstrahlung sind. Auf diese Weise haben sich diese Aspekte des Designs für EMC in der heutigen Welt, in der eine große Menge elektronischer Geräte verwendet wird, erheblich ausgezahlt.

Design für EMV-Konformität

Bei der Entwicklung einer elektronischen Leiterplatte müssen einige Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um sicherzustellen, dass die EMV-Leistungsanforderungen erfüllt werden können. Der Versuch, die EMV-Leistung zu verbessern, sobald die Schaltung entworfen und gebaut wurde, ist weitaus schwieriger und kostspieliger. Dementsprechend gibt es eine Reihe von Bereichen, die während des Entwurfs berücksichtigt werden können, um sicherzustellen, dass die EMV-Leistung optimiert wird:

  • Schaltungsdesign für minimale Strahlung
  • EMV-Filter
  • Schaltungsaufteilung
  • Erdung
  • Abgeschirmtes Gehäuse
  • Abgeschirmte Leitungen und Kabel

Durch diese Vorsichtsmaßnahmen kann die EMV-Leistung der Schaltung erheblich verbessert werden. Es müssen jedoch noch EMV-Tests durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die erforderliche Leistung erbracht wird.

EMV-Schaltungsdesign für minimale Strahlung

Einer der Hauptbereiche, der bei der Einhaltung von EMV / EMI berücksichtigt werden muss, sind die HF-Strahlungsemissionen, die durch das Anschließen von Kabeln entstehen, und die Anfälligkeit für Störungen. Es zeigt sich, dass sie den Hauptkopplungspfad für Interferenzen in jedem Produkt bilden. Oft müssen diese Kabel Hochfrequenzsignale und mögliche Daten übertragen, und dies kann einige Herausforderungen hinsichtlich der Verbesserung ihrer EMV / EMI-Leistung darstellen.

Jedes Kabel empfängt und strahlt Signale aus, insbesondere wenn es sich einer Viertelwellenlänge oder einem ungeraden Vielfachen davon nähert, weil es einen Resonanzkreis bildet. Selbst wenn sich das Kabel diesen Längen nähert, kann elektromagnetische Verträglichkeit und EMV ein Problem sein.

Eine Lösung besteht darin, die Kabel zu filtern, die in das Gerät ein- und aus dem Gerät austreten. Dies verringert zwar den EMI-Wert, kann jedoch auch die Leistung der Schaltung beeinträchtigen. Wenn Hochgeschwindigkeitsdaten übertragen werden müssen, werden scharfe Kanten von den Filtern entfernt, und im schlimmsten Fall kann das Signal so stark gedämpft werden, dass das System nicht funktioniert. Daher muss für den Filter möglicherweise ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen der Geräteleistung und der elektromagnetischen Verträglichkeit sowie den EMV-Anforderungen hergestellt werden.

Unter diesen Umständen können die Signale in einem Differenzformat übertragen werden. Die Signalkabel können dann als Twisted Pair aufgebaut und sogar abgeschirmt werden. Auf diese Weise kann das Hochfrequenzsignal übertragen werden, aber seine Anfälligkeit für Strahlung und Empfang wird verringert, da alles, was empfangen wird, auf beiden Leitungen erscheint und aufgehoben wird. Außerdem tritt aus demselben Grund keine Strahlung auf.

EMV-Design: Filter

Die Möglichkeit der Einführung von EMV-Filtern wurde bereits erwähnt. Es kann ein nützliches Werkzeug für den EMV-Techniker sein, das in vielen Fällen verwendet werden kann. EMV-Filter sind besonders nützlich für Leitungen, die nur Niederfrequenzsignale übertragen. Stromversorgungskabel oder andere Leitungen, die Statusspannungen führen, sind besonders gute Kandidaten für die Filterung. Hier können EMV-Filter alle Hochfrequenzkomponenten entfernen und die Niederfrequenzelemente auf der Leitung belassen, die nicht viel strahlen.

EMV-Filter sollten am Einstiegspunkt des Geräts angebracht und fest mit dem Gehäuse verbunden sein. Auf diese Weise können keine Signale in das Gerät eindringen und in dieses strahlen, bevor es vom Filter entfernt wird.

EMV-Design: Schaltungsaufteilung

Dieses Element des Schaltungsdesigns ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Schaltung ihren EMV-Test bestehen kann. Dies muss in den frühesten Phasen des Entwurfs erfolgen, da es die gesamte Topologie der Schaltung und den mechanischen Aufbau regelt.

Die erste Stufe des Partitionierungsprozesses besteht darin, den Stromkreis in EMV-kritische und unkritische Bereiche zu unterteilen. Die elektromagnetische Verträglichkeit, EMV-kritische Bereiche sind diejenigen Bereiche, die Strahlungsquellen enthalten oder für Strahlung anfällig sein können. Diese Bereiche können Schaltungen enthalten, die Hochfrequenzschaltungen, analoge Schaltungen mit niedrigem Pegel und Hochgeschwindigkeitslogik einschließlich Mikroprozessorschaltungen enthalten.

Die unkritischen EMV-Bereiche sind Bereiche, die Bereiche enthalten, in denen es unwahrscheinlich ist, dass sie Signale ausstrahlen oder für Strahlung anfällig sind. Schaltungen, einschließlich linearer Stromversorgungen (keine Schaltnetzteile), langsame Schaltungen und dergleichen.

Nach Abschluss dieser Aktion kann das Layout für das Design erstellt werden. Die kritischen oder empfindlichen Bereiche können an den Schnittstellen abgeschirmt oder Filter hinzugefügt werden, um zu verhindern, dass EMI abgestrahlt wird, oder um diese Schaltkreise vor den Auswirkungen von EMI zu schützen.

Durch die Isolierung der EMV-kritischen Bereiche können die relevanten Maßnahmen sowohl in der Anfangsphase des Entwurfs als auch möglicherweise später hinzugefügt werden. Eine Schnittstelle bietet die Möglichkeit, die Gesamtleistung zu optimieren, um den EMV-Test zu erfüllen. Dies kann dazu führen, dass weitere Filterung, Screening usw. hinzugefügt werden, oder es können sogar Kostensenkungen vorgenommen werden, wenn einige der Maßnahmen nicht erforderlich sind.

Erdung

Das Erdungsschema innerhalb einer Einheit ist für die EMV-Leistung von besonderer Bedeutung. Eine schlechte Erdung kann zu Erdschleifen führen, die wiederum dazu führen können, dass Signale abgestrahlt oder im Gerät aufgenommen werden, und daher zu einer schlechten elektromagnetischen Verträglichkeit. Dies führt zu einer EMV-Leistung.

Um sicherzustellen, dass das Erdungs- oder Erdungssystem zufriedenstellend funktioniert, sollte seine Funktion berücksichtigt werden. Man kann sagen, dass es sich um einen Pfad handelt, der es einem Strom ermöglicht, zu seiner Quelle zurückzukehren. Es sollte offensichtlich eine niedrige Impedanz haben und es sollte auch direkt sein. Schleifen oder Abweichungen können zu Störeffekten führen, die zu EMV-Problemen führen können.

Die Planung von Erdungs- oder Erdungssystemen ist nicht trivial. Es ist anspruchsvoller als es scheint, aber wesentlich für eine gute EMV-Leistung. Die Längen müssen auf ein Minimum beschränkt werden, da oberhalb von Frequenzen von mehr als nur einigen Kilohertz die Impedanz von der Induktivität dominiert wird und Längen von wenigen Zentimetern auch bei niedrigen Frequenzen einen signifikanten Unterschied machen.

Um diese Effekte zu überwinden, sollten nach Möglichkeit dicke Drähte verwendet werden, und auf Leiterplatten müssen Erdungsebenen verwendet werden. Kritische Spuren müssen über der Grundebene verlaufen und so verlegt werden, dass keine Brüche in der Grundebene auftreten. Manchmal ist es notwendig, einen Schlitz oder eine Unterbrechung in einer Grundebene zu haben, und wenn dies auftritt, muss eine kritische Spur über die Ebene geführt werden, auch wenn sie dadurch etwas länger wird.

Diese und andere Ansätze können angewendet werden, um sicherzustellen, dass das Erdungssystem die EMV-Probleme auf ein Minimum reduzieren kann. Es sollte über die Erdung nachgedacht werden, da es zu einem späteren Zeitpunkt möglicherweise nicht einfach ist, sie zu ändern.

Abgeschirmtes Gehäuse

Obwohl abgeschirmte Gehäuse unter Kostengesichtspunkten möglicherweise keine Option sind, wird die Leistung erheblich verbessert, wenn das Gerät in einem leitfähigen Gehäuse geerdet wird. Alle Filter können dann an dieser Grenzfläche durchgeführt werden, und die leitende Wand bildet eine Strahlungsbarriere, wodurch sowohl die Emissions- als auch die Suszeptibilitätselemente der EMV-Leistung verbessert werden.

Wenn Kosten und möglicherweise Ästhetik wichtig sind, kann das Innere von Schränken mit leitfähiger Farbe besprüht werden, obwohl der Grad der Abschirmung bei weitem nicht so gut ist, als ob ein vollständig leitfähiges Metallgehäuse verwendet würde. Wenn ein hohes Maß an EMV-Leistung erforderlich ist, sollte sorgfältig darauf geachtet werden, einen Fall auszuwählen, in dem die Kontinuität des Bildschirms nicht beeinträchtigt wird. Der Fall sollte idealerweise aus so wenigen Elementen wie möglich bestehen. An jedem Gelenk besteht die Möglichkeit, dass Strahlung durchgelassen wird. Wo Fugen auftreten sollen, sollten sie so dicht wie möglich sein und einen guten Durchgang zwischen ihnen aufweisen.

Einige Metallgehäuse, die eine vorgefertigte Konstruktion mit eloxierten Aluminiumplatten verwenden, bieten keine gute EMV-Leistung, obwohl sie ästhetisch ansprechender sind als einige HF-dichte Gehäuse. Ein Gleichgewicht muss von der erforderlichen Leistung und den durchzuführenden EMV-Tests abhängig gemacht werden.

Abgeschirmte Leitungen und Kabel

Wenn Leitungen und Kabel in eine Einheit oder aus einer Einheit heraus geführt werden müssen, können die Kabel abgeschirmt werden, um zu verhindern, dass die übertragenen Signale ausgestrahlt werden oder externe Signale empfangen werden. Wenn jedoch abgeschirmte Kabel für EMV-Anwendungen mit elektromagnetischer Verträglichkeit benötigt werden, muss der Bildschirm sofort nach dem Eintritt in das Gerät mit der Signalmasse des Geräts verbunden werden. Andernfalls können unerwünschte Signale abgestrahlt oder aufgenommen werden, was die EMV-Konformität beeinträchtigen würde.

Die elektromagnetische Verträglichkeit und EMV-Leistung elektronischer Geräte ist heutzutage von großer Bedeutung und daher ist es notwendig, für EMV zu konstruieren. Damit das Gerät seine EMV-Prüfung bestehen und in Verkehr gebracht werden kann, muss es den geltenden Richtlinien und Vorschriften entsprechen. Damit ein Gerät erfolgreich ist, muss es so ausgelegt sein, dass es ein hohes Maß an elektromagnetischer Verträglichkeit, EMV-Leistung und Reduzierung der EMI bietet.

Schau das Video: EMV SRC Understanding the Basics (November 2020).