Đánh giá thiết kế EMC là gì?
Hầu hết các kỹ sư phần cứng đã quen với việc đánh giá thiết kế chức năng trên bảng mạch và hệ thống của họ trước khi nhấn nút ‘bắt đầu’ để sản xuất.
Trong các nhóm kỹ thuật mà tôi đã làm việc cùng, kiểu xem xét thiết kế đó thường ở dạng đứng quanh bàn trong phòng họp với cây bút đỏ và bản in sơ đồ lớn nhất mà chúng tôi có thể có được. Nó cũng có thể được thực hiện bởi chỉ một người trên PC với tính năng thăm dò chéo được kích hoạt giữa sơ đồ nguyên lý và bố cục layout (nếu sếp của bạn đủ tử tế để có được giấy phép đó!).
Chúng tôi đã sàng lọc thiết kế, ghim từng chân và từng connector, quyết tâm tìm ra giao tiếp vô tình bị ngược hoặc kết nối chân không chính xác. Bạn biết rằng rất có thể các sơ đồ nguyên lý trước mặt bạn chứa một lỗi tiềm ẩn có khả năng biến bảng mạch cao cấp của bạn thành một chiếc cốc uống bia đắt tiền, hoặc ít nhất là khiến bạn mất rất nhiều thời gian để làm lại!
Các công ty đang hoạt động đã chuẩn hóa loại quy trình xem xét này thành một quy trình dựa trên danh sách kiểm tra được thực hiện và xác minh trên từng thiết kế. Bằng cách này, họ tăng tính chắc chắn của việc xem xét và giảm thiểu khả năng một vấn đề lớn lọt qua kẽ hở.
Đáng ngạc nhiên là rất ít công ty mà tôi đã làm việc trong nhiều năm đã chuyển quy trình quan trọng này sang thế giới EMC. Cũng giống như cách đánh giá thiết kế chức năng có thể phát hiện nhiều lỗi thiết kế, đánh giá thiết kế EMC vững chắc có thể phát hiện ra nhiều thực tiễn thiết kế kém đã biết đối với hiệu suất phát xạ và miễn nhiễm. Nó có thể có nghĩa là sự khác biệt giữa việc sản phẩm của bạn đạt hoặc không đạt tại phòng thử nghiệm EMC.
Một đánh giá thiết kế EMC tốt sẽ bao gồm nhiều khía cạnh của thiết kế sản phẩm tổng thể. Ở cấp cao nhất, đánh giá thiết kế nên bao gồm các chủ đề như:
EMC như một thông số kỹ thuật chức năng
Tôi thích nghĩ về thử nghiệm EMC như một đặc tả chức năng hoàn toàn riêng biệt. Có một bộ tiêu chí đạt/không đạt cụ thể mà sản phẩm của bạn phải đáp ứng, nếu không bạn không thể bán nó. Nó đơn giản mà.
Nếu không có đặc điểm kỹ thuật rõ ràng về các thử nghiệm mà sản phẩm của bạn sẽ phải trải qua tại phòng thí nghiệm EMC, thì bạn đang thiếu một đặc điểm kỹ thuật chức năng thực sự cần được tính đến ở giai đoạn thiết kế dự án của bạn. Bạn sẽ không mơ đến việc thiết kế một sản phẩm mà không có cái nhìn rõ ràng về bộ tính năng được cung cấp cho khách hàng cuối phải không?
Thử nghiệm EMC chỉ là một loại bộ tính năng khác mà thiết kế của bạn cần đưa vào. Nếu không có đặc tả chức năng EMC, bạn sẽ có cơ hội vượt qua hoặc trượt tại phòng thí nghiệm EMC. Vậy có phải là trùng hợp ngẫu nhiên không khi theo Intertek (một trong những tập đoàn phòng thí nghiệm lớn nhất thế giới), tỷ lệ vượt qua EMC lần đầu tiên toàn cầu chỉ là 50%?
Trong bài đăng này, tôi sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về đánh giá thiết kế EMC là gì và cách thực hiện đánh giá này trên sản phẩm tiếp theo của bạn.
Tại sao lại bận tâm thực hiện Đánh giá thiết kế EMC?
Một sự cố EMC có thể rất dễ khiến công ty của bạn phải trả vài nghìn đô la chi phí hữu hình như thuê chuyên gia tư vấn, thuê thiết bị gỡ lỗi, làm lại/sản xuất thiết kế và trả tiền cho các cuộc thử nghiệm lại. Mối quan tâm lớn hơn đối với nhiều công ty là sự chậm trễ đưa ra thị trường do sự cố EMC có thể gây ra. Vì cần phải có sự chấp thuận của EMC trước khi bạn có thể bán sản phẩm của mình một cách hợp pháp, nên một lỗi có thể gây ra sự chậm trễ cho thị trường từ vài ngày đến vài tuần. Khoảng thời gian chậm trễ nhất để đưa ra thị trường mà tôi gặp phải do lỗi EMC là khoảng 4 tháng vì công ty thực sự gặp khó khăn trong việc giải quyết các vấn đề thông qua nhiều lần lặp lại thiết kế, nhưng tôi sẽ không ngạc nhiên nếu có sự chậm trễ lâu hơn.
Các kế toán viên thường đồng ý rằng việc trì hoãn đưa sản phẩm ra thị trường sẽ làm giảm doanh số bán hàng cao nhất của bất kỳ sản phẩm cụ thể nào xuống một vài phần trăm và tùy thuộc vào bản chất sản phẩm của bạn, có thể làm giảm thời lượng của cửa sổ bán hàng tổng thể. Đối với nhiều công ty phần cứng vừa và lớn, việc chậm trễ 1 tháng có thể dễ dàng dẫn đến việc giảm tổng doanh thu cho một sản phẩm cụ thể trong thời gian tồn tại hơn 1 triệu đô la của sản phẩm đó. Đột nhiên, xem xét EMC sớm trong chu kỳ thiết kế không phải là một ý tưởng tồi chút nào.
Cuối cùng, thực hiện đánh giá thiết kế EMC mạnh mẽ có thể tăng hiệu suất sản phẩm của bạn và do đó giảm số lượng khách hàng trả lại hàng. Ví dụ: một công ty có sản phẩm có khả năng bảo vệ miễn nhiễm tương đối kém có thể nhận được nhiều hàng trả lại do hư hỏng do tĩnh điện phát ra từ ngón tay của người dùng cuối khi họ nhấn các nút trên sản phẩm. Hoặc có thể sản phẩm sẽ được sử dụng trong môi trường điện từ tương đối ồn và hoạt động của thiết bị bị ảnh hưởng theo một số cách như suy giảm hiệu suất RF hoặc độ chính xác của phép đo. Thiết kế EMC tốt có thể làm giảm các loại vấn đề này.
Các công ty đủ may mắn để có một chuyên gia về EMC trong đội ngũ nhân viên có thể chưa (chưa) triển khai đánh giá thiết kế EMC mạnh mẽ, nhưng kiến thức bị khóa chặt trong đầu của chuyên gia có thể đã giới thiệu một loại đánh giá đặc biệt nào đó.
Điều tôi nhận thấy là các kỹ sư thiết kế có kinh nghiệm đáng kể về thử nghiệm EMC có xu hướng sử dụng trí nhớ của họ về các chế độ lỗi EMC để tránh gặp lại các vấn đề tương tự trong tương lai.
Ví dụ: khi họ đang lắp đặt một bảng mạch (hoặc chỉ đạo một người vẽ phác thảo), họ có thể nhớ lại thời điểm mà một sản phẩm trước đó do họ thiết kế không phát ra được bức xạ do nhiễu quá mức trên hệ thống cáp bên ngoài.
Sau đó, kỹ sư sẽ thực hiện bất kỳ cải tiến thiết kế nào mà họ đã thực hiện để giảm nhiễu trên hệ thống cáp và áp dụng phương pháp đó cho tất cả các thiết kế trong tương lai. Những gì họ đã làm về cơ bản là xây dựng một bộ quy tắc thiết kế mà họ tuân theo cho từng thiết kế kế tiếp. Khi họ gặp nhiều vấn đề về EMC hơn và giải quyết chúng, họ sẽ thêm các quy tắc này vào danh sách tinh thần hiện có của mình.
Phần mềm “EMC Design Review Pro” là một cách dễ dàng để mượn kiến thức từ nhiều chuyên gia EMC và tích hợp kiến thức đó vào nhóm của bạn. Nó bao gồm hơn 150 quy tắc thiết kế, được trích xuất từ nhiều sách giáo khoa về thiết kế EMC, bao gồm cả “ Getting EMC Right First Time “. Nó cũng kết hợp kiểm tra mọi chế độ lỗi gặp phải trong khoảng thời gian 3 năm tại phòng thí nghiệm EMC của tôi, để bạn không mắc phải những lỗi tương tự mà nhiều công ty khác mắc phải. Mỗi quy tắc có một phiên đào tạo video tương ứng để bạn có được nền tảng về lý thuyết và ý tưởng đằng sau mỗi quy tắc. Bằng cách xem xét thiết kế của bạn cho từng quy tắc thiết kế, bạn có thể thực sự học EMC trong công việc và nhận được EMC ngay lần đầu tiên.
Tiêu chuẩn hóa các quy tắc này thành quy trình xem xét thiết kế chính thức là chìa khóa để thực hiện lặp lại việc xem xét thiết kế EMC hiệu quả. Các công ty như Ford và Jaguar phải đối mặt với một số thách thức EMC khó khăn nhất (ô tô) thực hiện đánh giá thiết kế EMC mạnh mẽ.
Tôi tin rằng mọi người đều có thể hưởng lợi từ việc áp dụng phương pháp này. Một lợi ích to lớn của đánh giá thiết kế EMC chính thức là nó có thể được thực hiện bởi một kỹ sư tương đối ít kinh nghiệm trong thiết kế để tuân thủ EMC. Điều này là do việc kiểm tra xem một quy tắc thiết kế cụ thể đã được triển khai chính xác hay chưa sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc thực hiện đào tạo EMC toàn diện và hiểu lý do tại sao một quy tắc lại có ý nghĩa từ góc độ vật lý. Đối với các công ty không có nhân viên chuyên nghiệp EMC dày dạn kinh nghiệm, đánh giá thiết kế EMC là một cách tuyệt vời để nhanh chóng xác minh rằng thiết kế của bạn có cơ hội tốt nhất để vượt qua thử nghiệm EMC.
Thật không may, hầu hết các công ty không có nhân viên kỹ sư EMC lành nghề và không có kiến thức nội bộ để tạo ra quy trình xem xét thiết kế EMC. Đào tạo EMC thường cực kỳ tốn kém, với mức giá thông thường cho một hội thảo ngắn 2-3 ngày là >$1500 USD cộng với chi phí cho mỗi kỹ sư. Phần mềm “EMC Design Review Pro”, kết hợp với video đào tạo trực tuyến giải thích phương pháp và lý thuyết đằng sau mỗi quy tắc thiết kế là cách nhanh nhất mà tôi biết để chuẩn bị thiết kế của bạn cho thử nghiệm EMC và tìm hiểu EMC khi bạn tiếp tục.
Tôi không thể đi sâu vào từng mục trong bài đánh giá thiết kế EMC toàn diện, nhưng trong bài đăng này, tôi sẽ trình bày chi tiết một số khía cạnh quan trọng nhất cần kiểm tra trong thiết kế của bạn và cách thực hiện. Đọc phần bên dưới để có cái nhìn tổng quan về cách tôi thực hiện đánh giá thiết kế EMC cho khách hàng.
Làm thế nào để bắt đầu
Xác định Thông số kỹ thuật Pass/Fail của bạn
Nếu không có định nghĩa rõ ràng về tiêu chí đạt/không đạt, bạn sẽ không có thông số kỹ thuật tốt để làm việc. Trong một số trường hợp, sản phẩm của bạn chỉ có thể được thử nghiệm về hiệu suất phát xạ bức xạ và phát xạ dẫn. Ở những trường hợp khác, sản phẩm của bạn cũng có thể bị các hiện tượng miễn nhiễm như ESD, đột biến điện áp và EFT. Nhiệm vụ đầu tiên là trình bày chi tiết các giới hạn và mức phát xạ và khả năng miễn nhiễm mà sản phẩm của bạn phải đạt được trong quá trình thử nghiệm EMC.
Giới hạn phát xạ
Trước tiên, bạn nên xác định giới hạn phát xạ cho sản phẩm của mình là bao nhiêu. Những điều này có thể khác nhau tùy thuộc vào môi trường mà sản phẩm của bạn sẽ được sử dụng và các khu vực trên thế giới nơi sản phẩm sẽ được bán. Một trong những nơi quan trọng nhất để bắt đầu là tìm hiểu xem sản phẩm của bạn có thuộc giới hạn “Loại A” hay “Loại B” hay không. Đây là cách FCC tạo ra sự khác biệt:
Thiết bị kỹ thuật số loại A: Một thiết bị kỹ thuật số được bán trên thị trường để sử dụng trong môi trường thương mại, công nghiệp hoặc kinh doanh, loại trừ thiết bị được bán cho công chúng sử dụng hoặc dự định sử dụng trong nhà.
Thiết bị kỹ thuật số loại B: Một thiết bị kỹ thuật số được bán trên thị trường để sử dụng trong môi trường dân cư mặc dù sử dụng trong môi trường thương mại, kinh doanh và công nghiệp. Ví dụ về các thiết bị như vậy bao gồm, nhưng không giới hạn ở máy tính cá nhân, máy tính bỏ túi và các thiết bị điện tử tương tự được bán trên thị trường để công chúng sử dụng.
Điều quan trọng cần lưu ý là giới hạn Loại B thấp hơn đáng kể so với giới hạn Loại A.
Các giới hạn cũng khác nhau giữa các khu vực địa lý và giữa các loại sản phẩm. Kiểm tra các tiêu chuẩn áp dụng cho sản phẩm của bạn (hoặc hỏi phòng thử nghiệm) để tìm ra các giới hạn mà bạn sẽ cần phải đáp ứng.
Tôi đã bao gồm một ví dụ bên dưới về một số giới hạn đối với thiết bị phát xạ không chủ ý loại B để bạn có thể thấy nó trông như thế nào. Các tần số thấp hơn và cao hơn nằm trong các giới hạn khác nhau tùy thuộc vào tần số đồng hồ bên trong có trong sản phẩm của bạn và cũng khác nhau tùy thuộc vào các tiêu chuẩn áp dụng cho sản phẩm của bạn.
Mặc dù bạn có thể cảm nhận được lượng phát xạ bức xạ từ các tín hiệu cụ thể trong thiết kế của mình bằng cách sử dụng các công cụ miễn phí như công cụ ‘ Máy tính phát xạ tối đa ‘ từ trường đại học Clemson, nhưng việc sử dụng các công cụ như thế này để phân tích một thiết kế đầy đủ là không thực tế lắm. Giới hạn phát xạ thường bao gồm phát xạ bức xạ và dẫn điện cũng như phát xạ dẫn điện Ethernet (nếu có).
Việc tìm ra các giới hạn phát xạ áp dụng cho sản phẩm cụ thể của bạn thực sự chỉ cho bạn ý tưởng về mức độ khó khăn để đưa lượng Phát xạ của sản phẩm xuống dưới các giới hạn.
Mức độ Miễn nhiễm và Tiêu chí Đạt/Không đạt
Nếu thử nghiệm miễn nhiễm áp dụng cho sản phẩm của bạn (thường là bắt buộc đối với Dấu CE và tiêu chuẩn dòng sản phẩm toàn cầu), thì bạn nên tìm hiểu xem phòng thí nghiệm EMC sẽ sử dụng cấp độ thử nghiệm nào, nơi các thử nghiệm sẽ được áp dụng và sản phẩm của bạn cần hoạt động tốt như thế nào trong và sau khi kiểm tra (đây được gọi là tiêu chí thực hiện).
Điều này sẽ giúp bạn tìm ra nơi áp dụng các thiết bị triệt tiêu EMC, chọn xếp hạng nào và cũng sẽ cho bạn ý tưởng về mức độ cẩn thận mà bạn cần thực hiện. Nếu bạn sử dụng phòng thử nghiệm thông thường, họ sẽ sẵn lòng cung cấp cho bạn kế hoạch thử nghiệm trước để bạn có thể sử dụng nó trong giai đoạn thiết kế của chu kỳ phát triển sản phẩm của mình.
Bạn có thể xem ví dụ về kế hoạch thử nghiệm miễn nhiễm bên dưới, bao gồm các cấp độ sẽ được áp dụng cho sản phẩm của bạn và tiêu chí mà sản phẩm của bạn cần đáp ứng.
Định nghĩa về tiêu chí đạt/không đạt có thể thay đổi một chút từ tiêu chuẩn này sang tiêu chuẩn khác, nhưng đây là mô tả về từng tiêu chí hiệu suất được lấy từ tiêu chuẩn miễn nhiễm chung quốc tế dành cho môi trường dân cư, thương mại và công nghiệp nhẹ (IEC 61000-6-1) :
a) Tiêu chí tính năng A: Thiết bị phải tiếp tục hoạt động như dự kiến trong và sau thử nghiệm. Không được phép suy giảm hiệu suất hoặc mất chức năng dưới mức hiệu suất do nhà sản xuất chỉ định, khi thiết bị được sử dụng như dự định. Mức hiệu suất có thể được thay thế bằng mức giảm hiệu suất cho phép. Nếu mức hiệu suất tối thiểu hoặc mức giảm hiệu suất cho phép không được nhà sản xuất chỉ định, một trong hai điều này có thể được lấy từ tài liệu và mô tả sản phẩm cũng như những gì người dùng có thể mong đợi một cách hợp lý từ thiết bị nếu được sử dụng như dự định.
b) Tiêu chí tính năng B: Thiết bị phải tiếp tục hoạt động như dự kiến sau thử nghiệm. Không được phép suy giảm hiệu suất hoặc mất chức năng dưới mức hiệu suất do nhà sản xuất chỉ định, khi thiết bị được sử dụng như dự định. Mức hiệu suất có thể được thay thế bằng mức giảm hiệu suất cho phép. Tuy nhiên, trong quá trình thử nghiệm, cho phép suy giảm hiệu suất. Không cho phép thay đổi trạng thái hoạt động thực tế hoặc dữ liệu được lưu trữ. Nếu mức hiệu suất tối thiểu hoặc mức giảm hiệu suất cho phép không được nhà sản xuất chỉ định, một trong hai điều này có thể được lấy từ tài liệu và mô tả sản phẩm cũng như những gì người dùng có thể mong đợi một cách hợp lý từ thiết bị nếu được sử dụng như dự định.
c) Tiêu chí tính năng C: Cho phép mất chức năng tạm thời, miễn là chức năng này có thể tự phục hồi hoặc có thể được phục hồi bằng hoạt động của các bộ điều khiển.
Điều cần thiết là tìm ra các tiêu chí hiệu suất mà sản phẩm của bạn sẽ phải đáp ứng tại phòng thử nghiệm.
Phát xạ
1. Chọn Stack-up phù hợp
Định cấu hình Stack-up PCB phù hợp là nền tảng cho hiệu suất EMC. Nếu không có số lượng lớp phù hợp cho một độ phức tạp nhất định và không có thứ tự và cách sử dụng lớp chính xác, bạn sẽ khiến công việc kiểm soát phát xạ bức xạ và dẫn điện của mình trở nên khá khó khăn. Nếu sếp của bạn đang thúc giục bạn giảm số lượng lớp để tiết kiệm chi phí PCB, chỉ cần nhớ rằng thường có sự đánh đổi với hiệu suất EMC, điều này có khả năng gây tổn hại nhiều hơn đến ví tiền của công ty.
Các tính năng mong muốn của một Stack-up PCB tốt (từ góc độ EMC) là:
- Các lớp tín hiệu liền kề với các lớp phẳng
- Các lớp tín hiệu được kết hợp chặt chẽ để trả về mặt phẳng nguồn/mặt đất
- Sức mạnh và căn cứ kết hợp chặt chẽ
- Tín hiệu tốc độ cao trên các lớp bị chôn vùi
- đối xứng
Tại sao những tính năng này được mong muốn nằm ngoài phạm vi của bài đăng trên blog này, nhưng tôi sẽ đi vào chi tiết về chúng trong video đào tạo.
Với những tính năng đó, đây là Stack-up lớp mẫu cho bảng 4 và 6 lớp:
Stack-up ví dụ 4 lớp
‘
Trong sơ đồ này, bạn có thể thấy một số cách khác nhau để triển khai Stack-up 4 lớp. Xem liệu bạn có thể tìm ra từ các đặc điểm mong muốn được liệt kê ở trên hay không, sự đánh đổi là gì đối với mỗi Stack-up.
Stack-up ví dụ 6 lớp
Bạn có thể tìm ra lý do tại sao Stack-up bên trái không được khuyến nghị không?
Tôi không có thời gian để trình bày ở đây, nhưng hình học Stack-up và vật liệu PCB cũng có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất EMC. Đó là bởi vì nó sẽ xác định trở kháng của tín hiệu và mặt phẳng có thể khác nhau giữa các lớp. Nếu không xem xét cẩn thận trở kháng của bo mạch, bạn có thể gặp phải các vấn đề nghiêm trọng về tính toàn vẹn của tín hiệu và mạng phân phối điện (PDN).
2. Có phải mọi IC đều có khả năng decoupling đầy đủ không?
Đây là một loại “không có trí tuệ”, nhưng nó đáng để xác minh và xác nhận trong quá trình đánh giá thiết kế EMC rằng mọi IC đơn lẻ đều có khả năng decoupling phù hợp. Khi tôi đánh giá thiết kế EMC cho khách hàng, tôi thường tìm thấy ít nhất một vài IC hoặc cặp chân PWR/GND mà nhà thiết kế quên thêm tụ điện decoupling hoặc tụ điện đã được triển khai theo cách khiến chúng khá kém hiệu quả. Bạn có thể thấy tác dụng của việc thêm tụ điện decoupling vào IC bên dưới (được sao chép với sự cho phép của Williamson Labs).
Biểu đồ phía trên bên trái cho thấy ảnh hưởng của việc khử ghép nối đối với nhiễu cung cấp trong miền tần số và biểu đồ phía trên bên phải cho thấy ảnh hưởng trong miền thời gian. Bạn có thể thấy rằng hiệu suất tối ưu là khi tụ điện tách rời được đặt bên dưới IC và được định tuyến càng trực tiếp càng tốt giữa cặp chân PWR và GND.
Cần lưu ý rằng các đặc tính quan trọng của tụ điện tách rời không chỉ bao gồm giá trị của tụ điện (nF, pF, v.v.) mà còn cả ESR (Điện trở nối tiếp tương đương) và ESL (Điện cảm nối tiếp tương đương). Bài đăng trên EDN blog post này thực hiện tốt công việc giải thích ảnh hưởng của những đặc điểm đó đối với trở kháng PDN.
3. Kiểm tra các phá vỡ trong đường dẫn trở về (retun path)
Nếu bạn không quen thuộc với các đường dẫn trở lại, điều đó chỉ có nghĩa là dòng điện của tuyến đường trở về nguồn. Bất cứ khi nào bạn có một IC cung cấp dòng điện cho thiết bị khác, thì sẽ có một dòng điện bằng nhau và ngược chiều quay trở lại thiết bị nguồn.
Sơ đồ trên minh họa rằng đường trở về trong DC đi theo đường ít điện trở nhất. Đường trở về trong AC (tín hiệu tần số cao hơn) đi theo đường có độ tự cảm nhỏ nhất, thường nằm trên mặt phẳng tham chiếu ngay bên dưới tín hiệu truyền đi. Bất cứ khi nào có một vết cắt trong đường trở về trên mặt phẳng tham chiếu, dòng trở về phải chạy xung quanh vết cắt để tìm đường có độ tự cảm nhỏ nhất. Điều này tạo thành một vòng lặp dòng điện tốt có khả năng trở thành một nguồn phát xạ hiệu quả.
Sơ đồ dưới đây cho thấy tín hiệu 0,5 GHz đi qua một vết cắt trên mặt phẳng nền. Bạn có thể thấy trong hình bên phải rằng phân phối dòng điện trên đường trở về tìm đường xung quanh vị trí và do đó tạo thành một vòng lặp. Hình ảnh bên trái cho thấy một kịch bản trong đó các vết cắt trên đường trở về đã được bắc cầu bằng các tụ điện cho phép dòng trở về tần số cao ‘nhảy’ qua các khoảng trống.
Hiệu ứng đối với phát xạ bức xạ trường xa far field từ một tín hiệu này có thể làm bạn ngạc nhiên. Mô phỏng của kịch bản này cho thấy rằng lượng phát xạ được đo ở khoảng cách 10 mét tính từ tín hiệu này có thể cao hơn 30 dB khi mặt phẳng phản hồi bị cắt. Điều này chắc chắn có nghĩa là sự khác biệt giữa đạt hoặc trượt tại phòng thí nghiệm EMC.
Trong quá trình xem xét thiết kế EMC, bạn nên xem bố cục layout của mình 2 lớp cùng một lúc và xác minh cẩn thận rằng tất cả các tín hiệu số của bạn đều có đường dẫn trở lại được xác định rõ ràng mà không bị cắt. Nếu việc cắt đường trở về là cần thiết vì bất kỳ lý do gì, thì hãy đảm bảo rằng các vết cắt đã được bắc cầu bằng các tụ điện có trở kháng thấp ở các tần số quan tâm.
Miễn nhiễm
1. Bảo vệ ESD có được áp dụng cho tất cả các cổng bên ngoài không?
Khi bạn biết cổng nào của sản phẩm sẽ được kiểm tra, bạn có thể thêm cổng vào danh sách kiểm tra đánh giá thiết kế EMC của mình. Bây giờ, hãy đi và xác minh rằng mỗi cổng đều có lớp bảo vệ chống tĩnh điện đầy đủ trên bảng mạch, ở đúng vị trí và xếp hạng chính xác. Đây là một ví dụ về cổng USB có khả năng chống tĩnh điện tốt (từ Texas Instruments).
Lưu ý rằng bộ phận bảo vệ phải được đặt càng gần connector càng tốt. Có nhiều loại thiết bị bảo vệ ESD khác nhau. Hãy xem phần ESD trong sách điện tử “ Getting EMC Design Right First Time ” để biết thêm chi tiết.
Liên quan chặt chẽ đến mục này là để xác minh rằng các khoảng trống từ tín hiệu đến tín hiệu và và từ các khoảng trống từ tín hiệu đến mặt phẳng gần các điểm tiêm ESD không cho phép ‘hồ quang điện’. Điều này là để đảm bảo rằng ESD không thể nhảy sang dây dẫn khác và có khả năng gây hư hỏng ở những nơi khác trong sản phẩm. Các khoảng hở được đề xuất cần thiết để đảm bảo rằng hồ quang không xảy ra đối với các mức điện áp nhất định trong các trường hợp khác nhau được đề cập trong tiêu chuẩn IPC-2221 .
2. Che chắn mạch nhạy cảm
Miễn nhiễm bức xạ là một thử nghiệm rất phổ biến áp dụng cho hầu hết các thiết bị điện tử dành cho Châu Âu hoặc những thiết bị tuân thủ các tiêu chuẩn sản phẩm quốc tế. Cường độ trường mà sản phẩm của bạn có thể phải chịu có thể khác nhau giữa 1V/m và 200 V/m tùy thuộc vào tiêu chuẩn. Trường cũng thường được quét qua dải tần số 80 MHz – 4 GHz (một số tiêu chuẩn có thể cao hơn và thấp hơn dải tần này).
Nếu sản phẩm của bạn chứa mạch điện nhạy cảm chẳng hạn như mạch đo lường tương tự hoặc mạch RF, thì ngay cả trường điện bức xạ công suất thấp cũng có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng. Một cách phổ biến và rẻ tiền để bảo vệ mạch điện khỏi trường bức xạ là cung cấp một tấm chắn nhỏ trên mạch điện quan tâm.
Một số kiểm tra đơn giản mà tôi thực hiện trong quá trình đánh giá thiết kế EMC là:
- Có phần tử mạch nào dễ bị điện trường bức xạ không?
- Shield có được nối đất tại nhiều điểm không?
- Shield có được lắp chặt vào PCB không?
- Kiểm tra mối hàn không bị khô
- Các lỗ mở (ví dụ để thông gió) trong tấm chắn có được giảm thiểu không?
- Nếu cần có khẩu độ, chúng có được đặt ở điểm xa mạch điện nhạy cảm nhất không?
Lưu ý rằng việc che chắn một mình thường không đủ để miễn nhiễm mạch điện nhạy cảm của bạn khỏi điện trường bức xạ. Thông thường, trường được chọn bằng cáp bên ngoài và được ghép nối với bảng mạch. Khi năng lượng đó ở trên bảng mạch, nó có thể ảnh hưởng đến mạch điện nhạy cảm bởi những thứ như dao động điện áp trên plane đất hoặc mặt phẳng plane nguồn. Phần mềm EMC Design Review Pro đi sâu hơn nhiều về khả năng miễn nhiễm bức xạ, bao gồm các mục như giới hạn băng thông, các cân nhắc mạng nhạy cảm và hệ thống cáp nội bộ, v.v.
Tham khảo: https://emcfastpass.com/emc-design-review/
